(57)【要約】【課題】  単純な構成で、本物の共鳴に近く、倍音レベルの細かな調整が容易な共鳴音を発生することが可能な電子楽器を提供する。【解決手段】  鍵盤２０４やダンパーペダル２０５の操作情報を、楽音制御情報として発生する楽音制御手段１と、該楽音制御情報に基づいて、複数の楽音を同時に発生可能な楽音発生手段２と、発生可能な楽音信号の倍音信号分だけ共鳴回路を備え、楽音発生手段２から発生した楽音を各共鳴回路への入力信号として、該共鳴回路により共鳴音を発生する共鳴音発生手段３と、楽音制御情報に基づいて、共鳴音発生手段３から発生した共鳴音を所定倍し、楽音発生手段２からの入力楽音に加算して出力する共鳴音混合手段４とを備えている。【選択図】        図１９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の操作子を備え、その操作情報を、少なくとも発音開始／発音停止、音高、操作強さ、操作量等を指定する楽音制御情報として発生する楽音制御手段と、
上記楽音制御情報に基づいて、複数の楽音を同時に発生可能な楽音発生手段と、
発生可能な楽音信号の倍音信号分だけ共鳴回路を備え、楽音発生手段から発生した楽音を各共鳴回路への入力信号として、該共鳴回路により共鳴音を発生する共鳴音発生手段と、
上記楽音制御情報に基づいて、共鳴音発生手段から発生した共鳴音を所定倍し、楽音発生手段からの入力楽音に加算して出力する共鳴音混合手段と
を少なくとも楽音出力用に備えたことを特徴とする電子楽器。
【請求項２】
楽音の倍音に対応し、その倍音周波数を共振周波数とする共鳴回路を複数並列に接続して、上記共鳴音発生手段を構成したことを特徴とする請求項１記載の電子楽器。
【請求項３】
上記共鳴回路はデジタルフィルタを有しており、それらのフィルタで使用されるフィルタ係数につき、
共鳴回路のインパルス応答は、倍音の振動波形を概略模擬するものとして、この振動波形は１自由度粘性減衰系モデルで再現できるものとし、
１自由度粘性減衰系モデルの振る舞いを決めるためのモデルパラメータは、質量、減衰固有振動数、減衰率とすると共に、これらを与えて、前記モデルの運動方程式の係数となる粘性係数と剛性係数を求め、
前記モデルの運動方程式をラプラス変換し、ｓ表現の伝達関数式を得ると共に、これに求めた粘性係数、剛性係数及び質量を代入し、双一次変換を行って、ｚ表現のフィルタ係数を求め、
前記質量は任意の値とし、前記減衰固有振動数は模擬しようとする倍音の振動数であり、前記減衰率は倍音の減衰を指数関数で近似したときの指数として、その値を求める
ことを特徴とする請求項２記載の電子楽器。
【請求項４】
上記共鳴回路のデジタルフィルタに乗算器が夫々連続して設けられる場合、該乗算器への乗算係数については、その倍音を含む楽音の、各倍音の振幅比を所定倍したものに設定することを特徴とする請求項３記載の電子楽器。
【請求項５】
楽音発生手段が記憶された楽音波形の読み出しで楽音発生がなされる場合は、模擬しようとする上記倍音は、記憶された楽音波形より抽出した倍音とする請求項３又は４記載の電子楽器。
【請求項６】
楽音発生手段が所定の楽音制御情報で楽音合成され楽音発生が行われる場合は、模擬しようとする上記倍音は、所定の楽音制御情報で楽音合成され、出力された楽音波形より抽出された倍音とする請求項３又は４記載の電子楽器。
【請求項７】
１つの共鳴回路の共振周波数は、１つの倍音周波数に相当するが、倍音周波数が等しい、若しくは非常に近い倍音周波数の倍音が複数存在する場合は、１つの倍音周波数を代表させ、その倍音周波数を共振周波数とする１つの共鳴回路のみで構成することを特徴とする請求項１〜６いずれか１つに記載の電子楽器。
【請求項８】
１つの共鳴回路の共振周波数は、１つの倍音周波数に相当するが、共鳴音発生手段として、特定の倍音周波数に対応する共鳴回路の共振周波数を所定量だけずらした共鳴回路を含むことを特徴とする請求項１〜７いずれか１つに記載の電子楽器。
【請求項９】
上記共鳴音発生手段は、その出力を所定倍して、入力楽音と加算し、再度この共鳴音発生手段にフィードバックして入力する構造を持つことを特徴とする請求項１〜８いずれか１つに記載の電子楽器。
【請求項１０】
上記共鳴音発生手段は、その出力を所定倍して、入力楽音と加算し、再度この共鳴音発生手段にフィードバックして入力する構造を持つと共に、そのフィードバック経路には、共鳴音発生手段の出力を所定時間遅らせる遅延回路及び／又は共鳴音発生手段の出力の振幅−周波数特性を変更するフィルタを備えたことを特徴とする請求項１〜８いずれか１つに記載の電子楽器。
【請求項１１】
複数の操作子を備え、その操作情報を、少なくとも発音開始／発音停止、音高、操作強さ、操作量等を指定する楽音制御情報として発生する楽音制御手段と、
上記楽音制御情報に基づいて、複数の楽音を同時に発生可能な楽音発生手段と、
複数の共鳴回路群と、各共鳴回路群に対応した複数の入力系列で構成され、各共鳴回路群の共鳴音出力を加算して出力する共鳴音発生手段と、
上記楽音制御情報に基づいて、共鳴音発生手段から発生した共鳴音を所定倍し、楽音発生手段からの入力楽音に加算して出力する共鳴音混合手段と
を少なくとも楽音出力用に備えており、
上記楽音発生手段は、
楽音制御情報に基づいて楽音を生成、出力する楽音生成チャネルを複数持つ楽音生成手段と、
各楽音生成チャネル毎に全音名数設けられ、楽音制御情報に基づいて楽音の振幅を調整する係数を乗算する乗算器であって、そのうち少なくとも楽音発生手段で発生した楽音と同じ音名の乗算器の係数は他と異なる係数を有する乗算器と、
上記共鳴音発生手段の複数の共鳴回路群に夫々対応して設けられ、上記乗算器からの出力のうち同じ音名に対応する各楽音生成チャネル毎の乗算器から出力されてきた信号同士を加算する加算器とで構成され、
楽音生成チャネルの出力は、そのチャネルの各乗算器に入力され、上記乗算器からの出力は、そのうちの同じ音名に対応する各楽音生成チャネル毎の乗算器からの出力が、上記共鳴音発生手段の共鳴回路群に夫々対応して設けられた加算器で加算され、夫々の共鳴回路群へ送出・入力され、該共鳴音発生手段で共鳴音として生成されて、共鳴音混合手段へ出力されることを特徴とする電子楽器。
【請求項１２】
楽音発生手段の楽音発生チャネルは、１チャネルあたり共鳴回路群の各音名に対応した数の乗算器を持ち、これらの乗算器の乗算係数は、楽音制御情報の音高によって決定されると共に、この中の１つの乗算係数が他の乗算係数より小さく、他の乗算係数同士は等しいことを特徴とする請求項１１記載の電子楽器。
【請求項１３】
共鳴音発生手段の入力系列数は、共鳴回路群の各音名に対応した数であり、楽音分配手段の出力チャネルの分配系列も同数であることを特徴とする請求項１１又は１２記載の電子楽器。
【請求項１４】
共鳴音発生手段の共鳴回路群は、その対応する音名の楽音の倍音に対応した共鳴回路を複数並列に接続することを特徴とする請求項１１〜１３いずれか１つに記載の電子楽器。
【請求項１５】
上記共鳴回路はデジタルフィルタを有しており、それらのフィルタで使用されるフィルタ係数につき、
共鳴回路のインパルス応答は、倍音の振動波形を概略模擬するものとして、この振動波形は１自由度粘性減衰系モデルで再現できるものとし、
１自由度粘性減衰系モデルの振る舞いを決めるためのモデルパラメータは、質量、減衰固有振動数、減衰率とすると共に、これらを与えて、前記モデルの運動方程式の係数となる粘性係数と剛性係数を求め、
前記モデルの運動方程式をラプラス変換し、ｓ表現の伝達関数式を得ると共に、これに求めた粘性係数、剛性係数及び質量を代入し、双一次変換を行って、ｚ表現のフィルタ係数を求め、
前記質量は任意の値とし、前記減衰固有振動数は模擬しようとする倍音の振動数であり、前記減衰率は倍音の減衰を指数関数で近似したときの指数として、その値を求める
ことを特徴とする請求項１１〜１４いずれか１つに記載の電子楽器。
【請求項１６】
上記共鳴回路のデジタルフィルタに乗算器が夫々連続して設けられる場合、該乗算器への乗算係数については、その倍音を含む楽音の、各倍音の振幅比を所定倍したものに設定することを特徴とする請求項１５記載の電子楽器。
【請求項１７】
楽音発生手段が記憶された楽音波形の読み出しで楽音発生がなされる場合は、模擬しようとする上記倍音は、記憶された楽音波形より抽出した倍音とする請求項１１〜１６いずれか１つに記載の電子楽器。
【請求項１８】
楽音発生手段が所定の楽音制御情報で楽音合成され楽音発生が行われる場合は、模擬しようとする上記倍音は、所定の楽音制御情報で楽音合成され、出力された楽音波形より抽出された倍音とする請求項１１〜１６いずれか１つに記載の電子楽器。
【請求項１９】
１つの共鳴回路の共振周波数は、１つの倍音周波数に相当するが、倍音周波数が等しい、若しくは非常に近い倍音周波数の倍音が複数存在する場合は、１つの倍音周波数を代表させ、その倍音周波数を共振周波数とする１つの共鳴回路のみで構成することを特徴とする請求項１１〜１８いずれか１つに記載の電子楽器。
【請求項２０】
上記共鳴音発生手段は、その出力を所定倍して、入力楽音と加算し、再度この共鳴音発生手段にフィードバックして入力する構造を持つことを特徴とする請求項１１〜１９いずれか１つに記載の電子楽器。
【請求項２１】
上記共鳴音発生手段は、その出力を所定倍して、入力楽音と加算し、再度この共鳴音発生手段にフィードバックして入力する構造を持つと共に、そのフィードバック経路には、共鳴音発生手段の出力を所定時間遅らせる遅延回路及び／又は共鳴音発生手段の出力の振幅−周波数特性を変更するフィルタを備えたことを特徴とする請求項１１〜１９いずれか１つに記載の電子楽器。
【請求項２２】
複数の操作子を備え、その操作情報を、少なくとも発音開始／発音停止、音高、操作強さ、操作量などを指定する楽音制御情報として発生する楽音制御手段と、
上記楽音制御情報に基づいて、複数の楽音を同時に発生可能な楽音発生手段と、
共鳴音波形を記憶した共鳴音波形記憶手段と、
上記楽音制御情報に基づいて、共鳴音波形記憶手段から共鳴音波形を読み出し、複数の共鳴音を同時に発生可能な共鳴音発生手段と、
上記楽音制御情報に基づいて、共鳴発生手段から発生した共鳴音を所定倍し、楽音発生手段からの入力楽音に加算して出力する共鳴音混合手段と
を少なくとも楽音出力用に備えたことを特徴とする電子楽器。
【請求項２３】
上記共鳴音波形記憶手段に記憶される共鳴音波形は、発生可能な楽音の倍音に対応した複数の共鳴回路を並列に接続した構成に対し、楽音を入力して得られた出力波形を予め記憶したものであることを特徴とする請求項２２記載の電子楽器。
【請求項２４】
上記共鳴回路はデジタルフィルタを有しており、それらのフィルタで使用されるフィルタ係数につき、
共鳴回路のインパルス応答は、倍音の振動波形を概略模擬するものとして、この振動波形は１自由度粘性減衰系モデルで再現できるものとし、
１自由度粘性減衰系モデルの振る舞いを決めるためのモデルパラメータは、質量、減衰固有振動数、減衰率とすると共に、これらを与えて、前記モデルの運動方程式の係数となる粘性係数と剛性係数を求め、
前記モデルの運動方程式をラプラス変換し、ｓ表現の伝達関数式を得ると共に、これに求めた粘性係数、剛性係数及び質量を代入し、双一次変換を行って、ｚ表現のフィルタ係数を求め、
前記質量は任意の値とし、前記減衰固有振動数は模擬しようとする倍音の振動数であり、前記減衰率は倍音の減衰を指数関数で近似したときの指数として、その値を求める
ことを特徴とする請求項２３記載の電子楽器。
【請求項２５】
上記共鳴回路のデジタルフィルタに乗算器が夫々連続して設けられる場合、該乗算器への乗算係数については、その倍音を含む楽音の、各倍音の振幅比を所定倍したものに設定することを特徴とする請求項２４記載の電子楽器。
【請求項２６】
楽音発生手段が記憶された楽音波形の読み出しで楽音発生がなされる場合は、模擬しようとする上記倍音は、記憶された楽音波形より抽出した倍音とする請求項２２〜２５いずれか１つに記載の電子楽器。
【請求項２７】
楽音発生手段が所定の楽音制御情報で楽音合成され楽音発生が行われる場合は、模擬しようとする上記倍音は、所定の楽音制御情報で楽音合成され、出力された楽音波形より抽出された倍音とする請求項２２〜２５いずれか１つに記載の電子楽器。
【請求項２８】
上記共鳴音発生手段は、その出力を所定倍して、入力楽音と加算し、再度この共鳴音発生手段にフィードバックして入力する構造を持つことを特徴とする請求項２２〜２７いずれか１つに記載の電子楽器。
【請求項２９】
上記共鳴音発生手段は、その出力を所定倍して、入力楽音と加算し、再度この共鳴音発生手段にフィードバックして入力する構造を持つと共に、そのフィードバック経路には、共鳴音発生手段の出力を所定時間遅らせる遅延回路及び／又は共鳴音発生手段の出力の振幅−周波数特性を変更するフィルタを備えたことを特徴とする請求項２２〜２７いずれか１つに記載の電子楽器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピアノのダンパーペダルを踏みながら演奏した時のような響きを再現できる電子楽器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ピアノの弦は通常ダンパーによってその振動が押さえられている。そのため別の弦を弾いても、弾いていない弦は振動しない。反対にダンパーペダルを踏むことでダンパーが弦から離れると、弦は、別の弾かれた弦の振動によって共鳴する。この共鳴音がピアノとして重要である。
【０００３】
電子楽器などにおいて、ダンパーペダルを踏みながら演奏した時の響きを再現できる構成として、ダンパーペダル操作時のピアノ音を記憶しておき、それを読み出す方式（波形読み出し）や、入力楽音の基音ピッチに対応した遅延ループにより共鳴させる方式（遅延ループ）などがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ダンパーペダル操作時のピアノ音を記憶して読み出す波形読み出し方式を採用する場合、実際のピアノ音を収音するため所望の特性の音を収音するのが難しい。またダンパーペダル操作時の音を１音１音記憶するために膨大な波形メモリが必要となるという問題もある。
【０００５】
他方遅延ループにより共鳴させる方式を採用する場合では、ピッチの整数倍の倍音が必ず共鳴するが、実際のピアノでは基音（ピッチ）の整数倍の倍音が存在しなかったり、非整数倍の倍音が存在する場合がある。従ってこの方式では、このような現象を再現できないという問題もある。
【０００６】
もちろんこれらの問題は、ピアノに限られるわけではなく、他の楽器で共鳴音が反映される楽器についても同様なことが言える（以下の記載は基本的にピアノのダンパーによる共鳴を例にして説明するが、これに限定されるわけではない）。
【０００７】
本発明は、以上のような問題に鑑み創案されたもので、単純な構成で、本物の共鳴に近く、倍音レベルの細かな調整が容易な共鳴音を発生することが可能な電子楽器を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明者は鋭意研鑽の結果、概略次の３つを基本とする本発明の構成を案出するに至った。そのうち２つの基本構成は、発生させた楽音を共鳴回路に入力し、共鳴音を生成して、元の楽音と混合させるものである。残りの基本構成は、楽音発生と共に、操作子の操作情報をトリガーとして共鳴音も同時に発生させ、両者の音を混合させるものである。
【０００９】
これらのいずれとも楽音発生に関しては、楽音波形記憶手段に楽音波形を記憶させそれを読み出して楽音を発生させる場合（３つの構成とも、その場合に楽音波形記憶手段は楽音発生手段中に含まれる）と、所定の楽音制御情報で楽音合成され楽音発生が行われる場合とがあり、いずれも排除されるものではない。以下に、それらの概略につき、夫々説明する。
【００１０】
その１つ目の構成は、楽音信号を、楽音の各倍音に対応した共鳴音発生手段の共鳴回路に入力することで、共鳴音を発生させる。
【００１１】
ここで楽音の倍音に対応した共鳴回路とは、元の波形（波形記憶手段から楽音波形を読み出す方式であれば、収音した元の波形）を分析することで倍音周波数、減衰率を求め、これを設計パラメータとして設計されたものである。
【００１２】
そのような共鳴回路は、フィルタ（場合により乗算器も）を含む回路で構成され、そのフィルタ係数は、倍音の倍音周波数を不減衰固有角振動数とし、倍音の減衰を指数関数で近似した時の指数を減衰率とした、１自由度粘性減衰系モデルの伝達関数を双一次変換して求める。また上記乗算器が用いられる場合その乗算係数は、その倍音を含む楽音の各倍音の振幅比を所定倍したものとする。
【００１３】
ここでは、楽音波形を記憶した楽音波形記憶手段から楽音波形を読み出す楽音波形読み出し方式を例に取ると理解し易いので、以下の説明ではその波形読み出し方式を基づいて説明する。但し楽音波形は、上述のように、楽音波形記憶手段に記憶されていてそれが読み出される方式の場合と、所定の楽音制御情報で楽音合成され楽音発生が行われる方式の場合とがあり、本発明構成ではどちらでも採用可能である。
【００１４】
そして、読み出す波形データの元の波形を倍音毎に分析し、その倍音毎の共鳴回路を設計する。そのために、元の波形データに含まれない倍音に対する共鳴回路は存在せず、その倍音周波数の共鳴音を発生することは無い（ただし、任意の倍音の共鳴回路を追加することは可能である）。またピッチの非整数倍の倍音に対する共鳴回路を持つことができるため、そのような倍音周波数の共鳴音を発生することができる。
【００１５】
従って、より元の楽器に近い共鳴音を発生することが可能である。また共鳴音の倍音毎のレベル調整が可能なため所望の音色を得ることが容易である。
【００１６】
２つ目の構成は、楽音発生手段により楽音を発生させると共に、その楽音の各音名［ピアノなどの一般的な楽器ではＣ（ド）、Ｃ＃（ド＃）、Ｄ（レ）、Ｄ＃（レ＃）、Ｅ（ミ）、Ｆ（ファ）、Ｆ＃（ファ＃）、Ｇ（ソ）、Ｇ＃（ソ＃）、Ａ（ラ）、Ａ＃（ラ＃）、Ｂ（シ）］に対応した複数系列（上記ピアノなどの一般的な楽器では１２系列）の共鳴回路群で構成された共鳴音発生手段に、楽音信号を入力することで共鳴音を得る。この時楽音信号は同音名の共鳴回路群へは小さな振幅で、異音名の共鳴回路へは大きな振幅で入力することで、同音名の共鳴回路群の出力が、他の共鳴回路群の出力と比べて著しく大きくなることを防いでおり、バランスの良い共鳴音を得るようにしている。このような構成にした原理の詳細については、後述する。
【００１７】
上記各共鳴回路は、楽音の各倍音に対応している。また楽音の倍音に対応した共鳴回路とは、元の波形（波形記憶手段から楽音波形を読み出す方式であれば、収音した元の波形）を分析することで倍音周波数、減衰率を求め、これを設計パラメータとして設計されたものである。
【００１８】
上記共鳴回路は、上記１つ目の場合と同様、フィルタ（場合により乗算器も）を含む回路で構成され、そのフィルタ係数は、倍音の倍音周波数を不減衰固有角振動数とし、倍音の減衰を指数関数で近似した時の指数を減衰率とした、１自由度粘性減衰系モデルの伝達関数を双一次変換して求める。また上記乗算器が用いられる場合その乗算係数は、その倍音を含む楽音の各倍音の振幅比を所定倍したものとする。
【００１９】
ここでは、楽音波形を記憶した楽音波形記憶手段から楽音波形を読み出す楽音波形読み出し方式を例に取ると理解し易いので、以下の説明ではその波形読み出し方式を基づいて説明する。但し楽音波形は、上述のように、楽音波形記憶手段に記憶されていてそれが読み出される方式の場合と、所定の楽音制御情報で楽音合成され楽音発生が行われる方式の場合とがあり、本発明構成ではどちらでも採用可能である。
【００２０】
そして、読み出す波形データの元の波形を倍音毎に分析し、その倍音毎の共鳴回路を設計する。そのために、元の波形データに含まれない倍音に対する共鳴回路は存在せず、その倍音周波数の共鳴音を発生することは無い（ただし、任意の倍音の共鳴回路を追加することは可能である）。またピッチの非整数倍の倍音に対する共鳴回路を持つことができるため、そのような倍音周波数の共鳴音を発生することができる。
【００２１】
従って、より元の楽器に近い共鳴音を発生することが可能である。また共鳴音の倍音毎のレベル調整が可能なため所望の音色を得ることが容易である。
【００２２】
３つ目の構成は、発生可能な楽音信号を、楽音の各倍音に対応した複数の共鳴回路に入力して得られた共鳴音を、予め共鳴音波形記憶手段に記憶しておき、演奏（操作子の操作情報）に応じてその波形を読み出すことで、ピアノであれば、ダンパーペダルを踏みながら演奏した時の響きを再現する。
【００２３】
楽音の倍音に対応した共鳴回路とは、元の波形（波形記憶手段から楽音波形を読み出す方式であれば、収音した元の波形）を分析することで倍音周波数、減衰率を求め、これを設計パラメータとして設計されたものである。この３つ目の構成の共鳴回路は、共鳴音波形記憶手段に該共鳴音波形を記憶させるために必要とされるものであり、他の２つの基本構成と異なり、一旦記憶させてしまうと、電子楽器としては新たな共鳴音を記憶させることがない限り必要がない。
【００２４】
該共鳴回路は、上記１つ目及び２つ目の場合と同様、フィルタ（場合により乗算器も）を含む回路で構成され、そのフィルタ係数は、倍音の倍音周波数を不減衰固有角振動数とし、倍音の減衰を指数関数で近似した時の指数を減衰率とした、１自由度粘性減衰系モデルの伝達関数を双一次変換して求める。また上記乗算器が用いられる場合その乗算係数は、その倍音を含む楽音の各倍音の振幅比を所定倍したものとする。
【００２５】
本構成では、上記２つの構成と同様、楽音波形を記憶した楽音波形記憶手段から楽音波形を読み出す楽音波形読み出し方式を例にして説明すると、読み出す波形データの元の波形を倍音毎に分析し、その倍音毎の共鳴回路を設計する。そのために、最終的に共鳴音波形記憶手段に記憶される共鳴音波形を作成する別構成としての共鳴回路のうち、元の波形データに含まれない倍音に対する共鳴回路は存在せず、その倍音周波数の共鳴音を発生することは無い（但し共鳴音波形を共鳴音波形記憶手段に記憶しておくだけで、楽音波形は、同様に楽音波形記憶手段に記憶されて読み出される場合と、所定の楽音制御情報で楽音合成され楽音発生が行われる場合とがある。また、任意の倍音の共鳴回路を追加することは可能である）。またピッチの非整数倍の倍音に対する共鳴回路を持つことができるため、そのような倍音周波数の共鳴音を発生することができる。
【００２６】
従ってより元の楽器に近い共鳴音を発生することが可能である。また共鳴音の倍音毎のレベル調整が可能なため所望の音色を得ることが容易である。
【００２７】
上記１つ目の構成は、本出願において、以下のように、請求項１〜１０として規定される。また２つ目の構成は、以下に示すように、請求項１１〜２１として規定される。さらに３つ目の構成は、以下に説明するように、請求項２２〜２９として規定される。
【００２８】
請求項１に係る電子楽器は、
複数の操作子を備え、その操作情報を、少なくとも発音開始／発音停止、音高、操作強さ、操作量等を指定する楽音制御情報として発生する楽音制御手段と、
上記楽音制御情報に基づいて、複数の楽音を同時に発生可能な楽音発生手段と、
発生可能な楽音信号の倍音信号分だけ共鳴回路を備え、楽音発生手段から発生した楽音を各共鳴回路への入力信号として、該共鳴回路により共鳴音を発生する共鳴音発生手段と、
上記楽音制御情報に基づいて、共鳴音発生手段から発生した共鳴音を所定倍し、楽音発生手段からの入力楽音に加算して出力する共鳴音混合手段と
を少なくとも楽音出力用に備えたことを基本的特徴としている。
【００２９】
上記構成は、上述のように、楽音発生手段から発生した楽音信号を、楽音の各倍音に対応した共鳴音発生手段の共鳴回路に入力することで、共鳴音を発生させる。そうして発生した共鳴音を、共鳴音混合手段により、元の楽音と混合させる。
【００３０】
このような共鳴回路は、元の波形を分析することで倍音周波数、減衰率を求め、これを設計パラメータとして設計されたものとなる。そして、楽音波形を記憶した楽音波形記憶手段から楽音波形を読み出す楽音波形読み出し方式を例にして説明すると、読み出す波形データの元の波形を倍音毎に分析し、その倍音毎の共鳴回路を設計する。そのために、元の波形データに含まれない倍音に対する共鳴回路は存在せず、その倍音周波数の共鳴音を発生することは無い（ただし、任意の倍音の共鳴回路を追加することは可能である）。またピッチの非整数倍の倍音に対する共鳴回路を持つことができるため、そのような倍音周波数の共鳴音を発生することができる。
【００３１】
従って、より元の楽器に近い共鳴音を発生することが可能である。また共鳴音の倍音毎のレベル調整が可能なため所望の音色を得ることが容易である。
【００３２】
尚、楽音波形は、楽音波形記憶手段に記憶されていてそれが読み出される方式の場合と、所定の楽音制御情報で楽音合成され楽音発生が行われる方式の場合とがあり、本発明構成ではどちらでも採用可能である。
【００３３】
請求項２の構成は、上記共鳴音発生手段の構成を規定するものであり、後述する実施形態の実施例１で示すように、楽音の倍音に対応し、その倍音周波数を共振周波数とする上記共鳴回路を複数並列に接続して、構成している。
【００３４】
請求項３の構成は、上記共鳴回路の構成を後述する実施形態に則して規定したものであり、より具体的には、
該共鳴回路はデジタルフィルタを有しており、それらのフィルタで使用されるフィルタ係数につき、
共鳴回路のインパルス応答は、倍音の振動波形を概略模擬するものとして、この振動波形は１自由度粘性減衰系モデルで再現できるものとし、
１自由度粘性減衰系モデルの振る舞いを決めるためのモデルパラメータは、質量、減衰固有振動数、減衰率とすると共に、これらを与えて、前記モデルの運動方程式の係数となる粘性係数と剛性係数を求め、
前記モデルの運動方程式をラプラス変換し、ｓ表現の伝達関数式を得ると共に、これに求めた粘性係数、剛性係数及び質量を代入し、双一次変換を行って、ｚ表現のフィルタ係数を求め、
前記質量は任意の値とし、前記減衰固有振動数は模擬しようとする倍音の振動数であり、前記減衰率は倍音の減衰を指数関数で近似したときの指数として、その値を求め、
その値を上記フィルタ係数としている。
【００３５】
ここで、本出願の上記３つの基本構成に共通して使用される共鳴回路（３つ目の基本構成では、共鳴音波形を作成する際に使用される別回路としての共鳴回路の構成である）の設計について述べる。
【００３６】
１つの共鳴回路は、その音程の１つの倍音の動きを模擬するように設計される。但し共振周波数、或いは振幅の時間変動を十分模擬するには回路規模が大きくなりすぎるため、概略模擬できれば良いものとする。
【００３７】
共鳴回路のフィルタの部分は、１自由度粘性減衰系モデルの運動方程式より、伝達関数が得られる。図１に１自由度粘性減衰系モデルを示す。
【００３８】
同図は、ばね（剛性）、質量、ダッシュポット（粘性）で表現した、１自由度粘性減衰系モデルある（通常粘性はダンパという表現を使うが、本出願ではピアノのダンパーペダルが出てくるので、混同を避けるためダッシュポットと表現する）。ここでＫは剛性係数、Ｃは粘性係数、Ｍは質量、ｘは質量の変位、ｆ（ｔ）は質量にかかる力を表す。このときのモデルの運動方程式は、下式数１のようになる。
【００３９】
【数１】
2006047451.tif 000003
【００４０】
さらに上記数１をラプラス変換し、その伝達関数を求めると次式数２に示すようになる。この数２の伝達関数式は分子が定数項のみであり、分母がｓの２次の多項式となっている。従って２次のローパスフィルタ（ＬＰＦ）として実現できる。
【００４１】
【数２】
2006047451.tif 000004
【００４２】
１自由度粘性減衰系モデルの振る舞いを表すための係数、及びそれらの関係式は、一般的に知られており、それらを下式数３〜数７に示す。
【００４３】
不減衰固有角振動数はω、臨界減衰係数はｃｃ、減衰比はζ、減衰係数はσ、減衰角振動数はωｄとする。また先にも述べたが、Ｋは剛性係数、Ｃは粘性係数、Ｍは質量を表す。
【００４４】
【数３】
2006047451.tif 000005
【００４５】
【数４】
2006047451.tif 000006
【００４６】
【数５】
2006047451.tif 000007
【００４７】
【数６】
2006047451.tif 000008
【００４８】
【数７】
2006047451.tif 000009
【００４９】
ここで減衰角振動数ωｄは、模擬しようとする倍音の周波数に２πを乗じたものとし、減衰率σは、模擬しようとする倍音の減衰を指数関数で近似した時の指数とする。また質量は任意の値とし、ここでは１とする。このように、減衰固有角振動数ωｄ、減衰率σ、質量Ｍを既知とすれば、伝達関数Ｇ（ｓ）の分母多項式の係数である、粘性係数Ｃ及び剛性係数Ｋは、次のように求めることができる。
【００５０】
すなわち、上記式数６を変形したものと、数４を数５に代入すると、下式数８となる。
【００５１】
【数８】
2006047451.tif 000010
【００５２】
従って粘性係数Ｃは、下式数９に示すようになる。
【００５３】
【数９】
2006047451.tif 000011
【００５４】
また減衰固有角振動数ωｄは共鳴回路の共振周波数に２πを乗じた値である（即ち減衰固有角振動数＝共振周波数、単位がｒａｄとＨｚの違いだけ）。ここで上記式数７に数４の式を代入すると、下式数１０が得られる。
【００５５】
【数１０】
2006047451.tif 000012
【００５６】
数１０の式をΩについて解くと、下式数１１が得られる。
【００５７】
【数１１】
2006047451.tif 000013
【００５８】
さらに数３に数１１の結果を代入すると、下式数１２に示すように、剛性係数Ｋが求まる。
【００５９】
【数１２】
2006047451.tif 000014
【００６０】
以上により、ｓ表現の伝達関数の全ての係数が求まった。
【００６１】
さらにこれをデジタルフィルタで実現するには、双一次変換によりｚ表現の伝達関数式を得る必要がある。双一次変換とはｓを下式数１３のように置き換えることであり、一般的に知られている。Ｔはサンプリング時間であり、ｚは単位遅延を表す。
【００６２】
【数１３】
2006047451.tif 000015
【００６３】
上記式数１３を、数２に代入して、下式数１４を得る。
【００６４】
【数１４】
2006047451.tif 000016
【００６５】
ここで質量Ｍ、粘性係数Ｃ、剛性係数Ｋについて整理すると、下式数１５〜数１７のようになる。
【００６６】
【数１５】
2006047451.tif 000017
【００６７】
【数１６】
2006047451.tif 000018
【００６８】
【数１７】
2006047451.tif 000019
【００６９】
ここで伝達関数式である数２を、下式数１８のように表現する。
【００７０】
【数１８】
2006047451.tif 000020
【００７１】
分母多項式の係数は、上記数１５〜数１７より、下式数１９のように求まる。
【００７２】
【数１９】
2006047451.tif 000021
【００７３】
以上のように、減衰固有角振動数ωｄ、減衰率σ、質量Ｍを既知として、共鳴回路は実現できることになる。
【００７４】
以下に減衰固有角振動数ωｄと減衰率σの求め方について述べる。
【００７５】
減衰角振動数ωｄは、模擬しようとする倍音の周波数に２πを乗じたものとしているが、倍音の周波数を特定する方法としては、ＦＦＴ分析で特定する、又は楽音よりバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）によって抽出される、倍音に対して、０クロス法を行なう等によって求められる。これは一般的に知られている手法であり、ここでは詳細な説明については省略する。
【００７６】
図２は、Ａ_０の楽音のＦＦＴ分析による振幅−周波数特性を簡単に表したものである。図中のｆ１がＡ_０の１倍音の周波数、ｆ２が２倍音の周波数、ｆＮ１が最高次倍音の周波数である。従って、後述する実施形態に表される図２０の共鳴音発生手段におけるフィルタfilterA0-1の減衰固有角振動数は、ｆ１×２πであり、同様に、フィルタfilterA0-2、フィルタfilterA0-N1の減衰固有角振動数はそれぞれｆ２×２π、ｆＮ１×２πとなる。
【００７７】
減衰率σは、模擬しようとする倍音の減衰を指数関数で近似した時の指数とする。本例では倍音の波形と下式数２０による正弦波の最小二乗誤差が最も小さくなる減衰率σを用いている［後述する図３（実際のＡ_０の１倍音の波形の状態を示す）と図４（数２０によって図３の波形に近似した波形の状態を示す）の波形の差が、最も小さくなるようにσを設定する］。
【００７８】
【数２０】
2006047451.tif 000022
【００７９】
ｘ（ｔ）は正弦波の瞬時値であり、Ａは振幅であり、任意に決定する。ωｄは前記特定した倍音周波数に２πを乗じた値であり、ｔは時間、σは減衰率である。Ａは近似しようとする倍音の最大振幅とする。
【００８０】
前記の方法以外にも、倍音のエンベロープを抽出し、それは対数関数で近似するなどの方法を用いても良い。図３と図４に、実際にＡ_０の１倍音の波形と、数２０によってそれを近似した波形を示す。
【００８１】
最小二乗誤差を求める方法、ＦＦＴによる分析方法、０クロス時間を計測する方法などは、一般的に知られており、ここでは特にその説明は省略する。
【００８２】
さらに請求項４の構成は、上述のように、上記共鳴回路のデジタルフィルタに乗算器が夫々連続して設けられる場合の構成につき規定しており、より具体的には、該乗算器への乗算係数については、その倍音を含む楽音の、各倍音の振幅比を所定倍したものに設定する。
【００８３】
このように、共鳴回路に乗算器を設けた場合、その乗算係数は、ＦＦＴ分析等で求めることができる。後述する図２０の乗算器M3-A0-1、M3-A0-2及びM3-A0-N1は、次のように求めることができる。
【００８４】
上記図２は、Ａ_０の楽音波形について、ＦＦＴ分析による振幅−周波数特性を簡単に表したものである。
【００８５】
１倍音は、周波数がｆ１Ｈｚで、振幅レベルが０ｄＢであり、２倍音は、周波数がｆ２Ｈｚで、振幅レベルが−２０ｄＢＨｚである。Ｎ１倍音（最高次倍音）は、周波数がｆＮ１Ｈｚであり、振幅レベルは−４０である。
【００８６】
従って振幅比は１倍音を１（基準）とすると、２倍音は１０（−２０／２０）＝０.１となり、Ｎ１倍音は１０（−４０／２０）＝０.０１となる。従って図２０の乗算器M3-A0-1の乗算係数は１、同乗算器M3-A0-2の乗算係数は０.１、乗算器M3-A0-N1の乗算係数は０.０１となる。他の音程の共鳴回路も同様にその音程の楽音より求める。
【００８７】
本例ではＡ_０の１倍音を１としたが、他の音程の任意の倍音を１とし、Ａ_０の乗算係数を１倍音は０.５、２倍音は０.０５、……Ｎ１倍音は０.００５のように、同音程の倍音間の振幅比を保ったまま、値を変更しても良い。またより好みの音色とするために、分析によらず任意の値を設定しても良い。
【００８８】
次に模擬しようとする倍音について述べる。
【００８９】
楽音発生手段が記憶された楽音波形の読み出しで楽音発生がなされる所謂読み出し方式の電子ピアノは、アコースティックピアノの楽音波形を収音し、それを記憶することが知られている。従って、共鳴回路の共振周波数を特定したり、減衰率を決定する場合は、元の収音した波形より模擬しようとする倍音を抽出して利用することができる（請求項５）。
【００９０】
よってＡ_０の１倍音を模擬しようとする場合は、Ａ_０楽音波形より、ｆ１倍音を中心とし、ｆ１未満の帯域幅を持つバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）で切り出して、０クロス分析による共振周波数の特定を行なったり、減衰の近似を行なう。
【００９１】
図５にバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）の帯域幅を図示する。図中、矢印の範囲が、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）の通過域である。
【００９２】
楽音発生手段が所定の楽音制御情報で楽音合成され楽音発生が行われる（所謂読み出し方式で無い）場合は、所定の楽音制御情報で楽音発生手段から発生した楽音を収音して、これについてＦＦＴ分析あるいは０クロス分析による共振周波数の特定を行なったり、減衰の近似を行なう。すなわち、模擬しようとする上記倍音は、所定の楽音制御情報で楽音合成され、出力された楽音波形より抽出された倍音とすることになる（請求項６）。
【００９３】
実際のピアノ音から各倍音を抽出して共振周波数及び減衰率を決定する上記本発明の構成の場合、従来の遅延ループによる共鳴音を発生させる場合に比べ以下のような利点がある。
【００９４】
実際のピアノの倍音は、厳密に基音の整数倍とはなっておらず、多少ずれている。また倍音の次数が高くなると（倍音の周波数が高くなると）、基音の整数倍からより高いほうに周波数がずれることが知られている。また、有るべきところに倍音が存在しない場合がある。その逆に倍音が立たない場所に倍音が存在する場合がある（この場合倍音と呼べないかもしれないが）。このようなことは、ピアノ１台１台で異なっており、その楽器の個性となっている。
【００９５】
従来の遅延ループ方式の共鳴回路は、遅延時間の逆数の整数倍の周波数に正確に共鳴するため、上記のような現象には対応できない。しかし実際のピアノ倍音を１本１本抽出して共鳴回路を設計する本発明の構成は、正しくこの現象を再現することができることになる。
【００９６】
１つ目の基本構成では、入力された楽音に対し、それを基音として、その倍音構成となる共鳴回路を倍音構成分だけ用意することになる。請求項７は、このような共鳴回路の数を省略できる構成について規定している。すなわち、より具体的には、１つの共鳴回路の共振周波数は、１つの倍音周波数に相当するが、倍音周波数が等しい、若しくは非常に近い倍音周波数の倍音が複数存在する場合は、１つの倍音周波数を代表させ、その倍音周波数を共振周波数とする１つの共鳴回路のみで構成することとしている。
【００９７】
例えば、ある音程の楽音の基音（１倍音）周波数がｆ１であるとすると、２倍音は約（ｆ１×２）Ｈｚ、３倍音は約（ｆ１×３）Ｈｚ、４倍音では（ｆ１×４）Ｈｚとなる。この時、この１オクターブ上の楽音の基音周波数は、約（ｆ１×２）Ｈｚ、２倍音は（ｆ１×４）Ｈｚとなる。また２オクターブ上の楽音の基音周波数は、（ｆ１×４）Ｈｚとなる。従って、ある音程の２倍音と１オクターブ上の基音周波数は、ほぼ重なることとなる。また同様にある音程の４倍音と１オクターブ上の２倍音と２オクターブ上の基音周波数が重なることとなる。
【００９８】
またオクターブの関係に無い場合でも、異なる音程の異なる次数の倍音の周波数が非常に近い場合がある。
【００９９】
このように周波数が略等しい倍音については、個別に共鳴回路を持たずに、１つの倍音の周波数、またはそれらの平均の周波数を共振周波数とする共鳴回路を１つ持てば良い。これにより上述した１つ目の基本構成の共鳴音発生手段の回路規模を縮小できるようになる。
【０１００】
図６は、上から順に、Ｃ_２、Ｃ_３、Ｃ_４の倍音を、ＦＦＴ分析で表したものである。図中四角形で囲んだ倍音の部分は、１つの共鳴回路で作ることができる。その分だけ回路構成を省略することが可能である。
【０１０１】
また図７は、上から順に、Ｃ_４、Ｅ_４、Ａ_４の倍音を、ＦＦＴ分析で表したものである。図中四角形で囲んだ倍音の部分は、１つの共鳴回路で作ることができる。その分だけ回路構成を省略することが可能である。
【０１０２】
他方、共鳴回路に入力する楽音に含まれる倍音の周波数と入力される共鳴回路の共振周波数が極めて近い場合、共鳴回路に入力する楽音に含まれる倍音の周波数と入力される共鳴回路の共振周波数と異なる場合に比べて、共鳴回路から出力される共鳴音は極めて大きくなる（楽音の倍音周波数と共鳴回路の共振周波数が近いと共鳴回路出力の振幅が大きくなりすぎる）。その場合、本来得たい共鳴音らしい響きではなく、その共振周波数を持った安定した楽音のような聞こえとなってしまう。図８及び図９にその例を挙げる。
【０１０３】
図８は、Ｃ_２の楽音を、Ｃ_２の１倍音共鳴回路、Ｃ_３の１倍音共鳴回路、Ｇ＃_２の１倍音の共鳴回路へ、夫々入力した時の共鳴音を上から順に示している。図９は、同様に、Ｇ＃_２の楽音を、Ｃ_２の１倍音共鳴回路、Ｃ_３の１倍音共鳴回路、Ｇ＃_２の１倍音の共鳴回路へ、夫々入力した時の共鳴音を上から順に示している。
【０１０４】
図８では、Ｃ_２の１倍音共鳴回路とＣ_３の１倍音共鳴回路の共鳴音が大きい。これは、Ｃ_２の楽音が、Ｃ_２の１倍音とＣ_３の１倍音の周波数に極めて近い周波数の倍音を持つためである。同様に、図９では、Ｇ＃_２の１倍音の共鳴回路の共鳴音の振幅が大きい。このため図８のような場合は、共鳴音はＣ_２の楽音が鳴っているような聞こえとなってしまう。同様に図９のような場合は、Ｇ＃_２の楽音が鳴っているような聞こえとなってしまう。これでは、ピアノであれば、ダンパーペダル操作時のような聞こえにはならないことになる。
【０１０５】
そこで請求項８の構成では、１つの共鳴回路の共振周波数は、１つの倍音周波数に相当するが、共鳴音発生手段として、特定の倍音周波数に対応する共鳴回路の共振周波数を所定量だけずらした共鳴回路を含む構成とする。
【０１０６】
すなわち、図８や図９に示すような共鳴音の振幅を略同じ大きさに揃えるには、共鳴回路の共振周波数を少しずらせば良い。
【０１０７】
上記請求項８の構成によって得られた結果を、図１０及び図１１に示す。
【０１０８】
図１０は、Ｃ_２の楽音を、Ｃ_２の１倍音から数Ｈｚずらした共振周波数の共鳴回路へ、Ｃ_３の１倍音から数Ｈｚずらした共振周波数の共鳴回路へ、またＧ＃_２の１倍音から数Ｈｚずらした共振周波数の共鳴回路へ、夫々入力した時の共鳴音を上から順に示している。
【０１０９】
図１１は、Ｇ＃_２の楽音を、Ｃ_２の１倍音から数Ｈｚずらした共振周波数の共鳴回路へ、Ｃ_３の１倍音から数Ｈｚずらした共振周波数の共鳴回路へ、またＧ＃_２の１倍音から数Ｈｚずらした共振周波数の共鳴回路へ、夫々入力した時の共鳴音を上から順に示している。
【０１１０】
これらの図から明らかなように、共鳴回路の共振周波数を少しずらすことで、共鳴音の振幅を略同じ大きさに揃えることができるようになる。
【０１１１】
ピアノは、弦振動が響板などへ伝わり、それが放音される。同時にその振動は、駒を通して他の弦にも伝わる。また他の弦に伝わった振動は、再び駒を通って元の弦に伝わる。よってピアノは、このようなフィードバック回路を持つ。これを簡単に行なうために、共鳴音発生手段にフィードバック経路を設ける。すなわち、上記共鳴音発生手段は、その出力を所定倍して、入力楽音と加算し、再度この共鳴音発生手段にフィードバックして入力する構造を持つものとする（請求項９）。
【０１１２】
また請求項１０の構成のように、共鳴音発生手段の出力を所定倍して、入力楽音と加算し、再度この共鳴音発生手段にフィードバックして入力する構造を共鳴音発生手段に持つと共に、そのフィードバック経路に、共鳴音発生手段の出力を所定時間遅らせる遅延回路及び／又は共鳴音発生手段の出力の振幅−周波数特性を変更するフィルタを備えるようにしても良い。この場合、上記遅延回路は振動の伝播遅延を模擬し、上記フィルタは駒の伝達特性を模擬することになる。
【０１１３】
次に本願２つ目の基本構成の核をなす請求項１１に係る電子楽器の構成につき説明する。該構成では、上述のように、楽音発生手段により楽音を発生させると共に、その楽音の各音名（ピアノなどの一般的な楽器ではＣ、Ｃ＃、Ｄ、……Ｂの）に対応した複数系列（１２系列）の共鳴回路群で構成された共鳴音発生手段に、楽音信号を入力することで共鳴音を得る。
【０１１４】
この時楽音信号は同音名の共鳴回路群へは小さな振幅で、異音名の共鳴回路へは大きな振幅で入力することで、同音名の共鳴回路群の出力が、他の共鳴回路群の出力と比べて著しく大きくなることを防いでおり、バランスの良い共鳴音を得るようにしている。そのため、請求項１１の構成は、楽音発生手段について、
楽音制御情報に基づいて楽音を生成、出力する楽音生成チャネルを複数持つ楽音生成手段と、
各楽音生成チャネル毎に全音名数設けられ、楽音制御情報に基づいて楽音の振幅を調整する係数を乗算する乗算器であって、そのうち少なくとも楽音発生手段で発生した楽音と同じ音名の乗算器の係数は他と異なる係数を有する乗算器と、
上記共鳴音発生手段の複数の共鳴回路群に夫々対応して設けられ、上記乗算器からの出力のうち同じ音名に対応する各楽音生成チャネル毎の乗算器から出力されてきた信号同士を加算する加算器と
で構成されるようにしており、
それと共に、楽音生成チャネルの出力は、そのチャネルの各乗算器に入力され、上記乗算器からの出力は、そのうちの同じ音名に対応する各楽音生成チャネル毎の乗算器からの出力が、上記共鳴音発生手段の共鳴回路群に夫々対応して設けられた加算器で加算され、夫々の共鳴回路群へ送出・入力され、該共鳴音発生手段で共鳴音として生成されて、共鳴音混合手段へ出力されるようにしている。
【０１１５】
上記各共鳴回路の設計については、上記１つ目の構成の場合と同じであるので、その説明は省略する（そこに設けられるフィルタや乗算器についても同じ）。
【０１１６】
請求項１１について、より具体的な構成を述べれば、
複数の操作子を備え、その操作情報を、少なくとも発音開始／発音停止、音高、操作強さ、操作量等を指定する楽音制御情報として発生する楽音制御手段と、
上記楽音制御情報に基づいて、複数の楽音を同時に発生可能な楽音発生手段と、
複数の共鳴回路群と、各共鳴回路群に対応した複数の入力系列で構成され、各共鳴回路群の共鳴音出力を加算して出力する共鳴音発生手段と、
上記楽音制御情報に基づいて、共鳴音発生手段から発生した共鳴音を所定倍し、楽音発生手段からの入力楽音に加算して出力する共鳴音混合手段と
を少なくとも楽音出力用に備えており、
上記楽音発生手段は、
楽音制御情報に基づいて楽音を生成、出力する楽音生成チャネルを複数持つ楽音生成手段と、
各楽音生成チャネル毎に全音名数設けられ、楽音制御情報に基づいて楽音の振幅を調整する係数を乗算する乗算器であって、そのうち少なくとも楽音発生手段で発生した楽音と同じ音名の乗算器の係数は他と異なる係数を有する乗算器と、
上記共鳴音発生手段の複数の共鳴回路群に夫々対応して設けられ、上記乗算器からの出力のうち同じ音名に対応する各楽音生成チャネル毎の乗算器から出力されてきた信号同士を加算する加算器とで構成され、
楽音生成チャネルの出力は、そのチャネルの各乗算器に入力され、上記乗算器からの出力は、そのうちの同じ音名に対応する各楽音生成チャネル毎の乗算器からの出力が、上記共鳴音発生手段の共鳴回路群に夫々対応して設けられた加算器で加算され、夫々の共鳴回路群へ送出・入力され、該共鳴音発生手段で共鳴音として生成されて、共鳴音混合手段へ出力されることを特徴としていると言うことになる。
【０１１７】
また楽音発生手段の楽音発生チャネルは、１チャネルあたり共鳴回路群の各音名に対応した数（ピアノなどの一般的な楽器では１２）の乗算器を持ち、これらの乗算器の乗算係数は、楽音制御情報の音高によって決定されると共に、この中の１つの乗算係数が他の乗算係数より小さく、他の乗算係数同士は等しいようにすれば良い（請求項１２）。
【０１１８】
ここで、発生した楽音と同じ音名の共鳴回路群へは小さい振幅で入力し、異なる音名の共鳴回路群へは大きい振幅で、波形を入力するのは、以下のような理由による。
【０１１９】
共鳴回路に入力する楽音に含まれる倍音の周波数と入力される共鳴回路の共振周波数が極めて近い場合、それら周波数が異なる場合に比べて、共鳴回路から出力される共鳴音は極めて大きくなる場合がある。すると、入力楽音の周波数と共振周波数が離れた共鳴回路の出力波形と、入力楽音の周波数と共振周波数が極めて近い共鳴回路の出力波形との音量バランスがとれなくなり、本来得たい共鳴音らしい響きではなく、その共振周波数を持った安定した楽音のような聞こえとなってしまう。
【０１２０】
例えば図１２は、後述する図２７に示される共鳴回路群_Cに、音程Ｃ_３、Ｄ＃_３、Ｇ_３の波形を入力した時の出力波形（共鳴音）である。同様に図１３は、共鳴回路群_Gの共鳴音である。共鳴回路群_Cの共鳴音はＣ_３が著しく大きく、同様に共鳴回路群_Gの共鳴音はＧ_３が著しく大きい。このままでは、Ｃ_３、Ｇ_３の響きが大きすぎて、ピアノであれば、ダンパーペダル操作時のような響きは得られない。
【０１２１】
そこで楽音を、その周波数と共振周波数が極めて近い周波数の共鳴回路へ入力する時は、楽音の振幅を他の共鳴回路へ入力するときと比べて、小さくする必要がある。
【０１２２】
上述の例によれば、共鳴回路群_Cへ入力する時は、Ｃ_３の波形のみ振幅を小さくすると、その共鳴音は図１４のように、どの音程の共鳴音もほぼ同じような振幅になる。同様に共鳴回路群_Gへ入力するときにはＧ_３の波形のみ振幅を小さくすると、図１５のように、どの音程の共鳴音もほぼ同じような振幅になる。これによって、ピアノであれば、本来のダンパーペダルの操作時の響きを得ることができる。
【０１２３】
また共鳴音発生手段の入力系列数は、共鳴回路群の各音名に対応した数（ピアノなどの一般的な楽器では１２）であり、楽音分配手段の出力チャネルの分配系列も同数である（請求項１３）。これは、各共鳴回路群は、各音名（ピアノなどの一般的な楽器ではＣ、Ｃ＃、Ｄ、……、Ｂの１２音）に対応して設けられるからである。
【０１２４】
さらに共鳴音発生手段の共鳴回路群は、その対応する音名の楽音の倍音に対応した共鳴回路を複数並列に接続して使用される（請求項１４）。各共鳴回路は音名の倍音に対応して設けられるものであるから当然である。
【０１２５】
２つ目の基本構成でも、上述のように、共鳴音発生手段で使用される共鳴回路は、本出願の上記３つの基本構成に共通して使用されるものであり、１つの共鳴回路は、その音程の１つの倍音の動きを模擬するように設計される。
【０１２６】
すなわち、２つ目の基本構成においても、
上記共鳴回路はデジタルフィルタを有しており、それらのフィルタで使用されるフィルタ係数につき、
共鳴回路のインパルス応答は、倍音の振動波形を概略模擬するものとして、この振動波形は１自由度粘性減衰系モデルで再現できるものとし、
１自由度粘性減衰系モデルの振る舞いを決めるためのモデルパラメータは、質量、減衰固有振動数、減衰率とすると共に、これらを与えて、前記モデルの運動方程式の係数となる粘性係数と剛性係数を求め、
前記モデルの運動方程式をラプラス変換し、ｓ表現の伝達関数式を得ると共に、これに求めた粘性係数、剛性係数及び質量を代入し、双一次変換を行って、ｚ表現のフィルタ係数を求め、
前記質量は任意の値とし、前記減衰固有振動数は模擬しようとする倍音の振動数であり、前記減衰率は倍音の減衰を指数関数で近似したときの指数として、その値を求めている（請求項１５）。
【０１２７】
このような共鳴回路の詳細については、本願の１つの基本構成の説明の際に詳述したので、ここではその説明を省略する。
【０１２８】
請求項１６の構成は、上記共鳴回路のデジタルフィルタに乗算器が夫々連続して設けられる場合の構成につき規定しており、より具体的には、該乗算器への乗算係数については、その倍音を含む楽音の、各倍音の振幅比を所定倍したものに設定することを規定しているが、これについても、その説明は上記請求項４の項でしており、ここではその説明を省略する。
【０１２９】
楽音発生手段が記憶された楽音波形の読み出しで楽音発生がなされる場合は、模擬しようとする上記倍音は、記憶された楽音波形より抽出した倍音とする請求項１７の構成についても、その説明は上記請求項５の項でしており、ここではその説明を省略する。
【０１３０】
楽音発生手段が所定の楽音制御情報で楽音合成され楽音発生が行われる場合は、模擬しようとする上記倍音は、所定の楽音制御情報で楽音合成され、出力された楽音波形より抽出された倍音とする請求項１８の構成についても、その説明は上記請求項６の項でしており、ここではその説明を省略する。
【０１３１】
１つの共鳴回路の共振周波数は、１つの倍音周波数に相当するが、倍音周波数が等しい、若しくは非常に近い倍音周波数の倍音が複数存在する場合は、１つの倍音周波数を代表させ、その倍音周波数を共振周波数とする１つの共鳴回路のみで構成する請求項１９の構成についても、その説明は上記請求項７の項でしており、ここではその説明を省略する。
【０１３２】
上記共鳴音発生手段は、その出力を所定倍して、入力楽音と加算し、再度この共鳴音発生手段にフィードバックして入力する構造を持つ請求項２０の構成についても、その説明は上記請求項９の項でしており、ここではその説明を省略する。
【０１３３】
上記共鳴音発生手段は、その出力を所定倍して、入力楽音と加算し、再度この共鳴音発生手段にフィードバックして入力する構造を持つと共に、そのフィードバック経路には、共鳴発生手段の出力を所定時間遅らせる遅延回路及び／又は共鳴発生手段の出力の振幅−周波数特性を変更するフィルタを備えた請求項２１の構成についても、その説明は上記請求項１０の項でしており、ここではその説明を省略する。
【０１３４】
さらに本願３つ目の基本構成の核をなす請求項２２に係る電子楽器の構成につき説明する。該構成では、上述のように、発生可能な楽音信号を、楽音の各倍音に対応した複数の共鳴回路に入力して得られた共鳴音を、予め共鳴音波形記憶手段に記憶しておき、演奏（操作子の操作情報）に応じてその波形を読み出すことで、ピアノであれば、ダンパーペダルを踏みながら演奏した時の響きを再現する。
【０１３５】
楽音の倍音に対応した共鳴回路とは、上述の２つの基本構成と基本的には同じであり、元の波形（波形記憶手段から楽音波形を読み出す方式であれば、収音した元の波形）を分析することで倍音周波数、減衰率を求め、これを設計パラメータとして設計されたものである。但し、この３つ目の構成の共鳴回路は、共鳴音波形記憶手段に該共鳴音波形を記憶させるために必要とされるものであり、他の２つの基本構成と異なり、一旦記憶させてしまうと、電子楽器としては新たな共鳴音を記憶させることがない限り必要がない。
【０１３６】
上記各共鳴回路の設計については、上記１つ目及び２つ目の構成の場合と同じであるので、その説明は省略する（そこに設けられるフィルタや乗算器についても同じ）。
【０１３７】
請求項２２について、より具体的な構成を述べれば、
複数の操作子を備え、その操作情報を、少なくとも発音開始／発音停止、音高、操作強さ、操作量などを指定する楽音制御情報として発生する楽音制御手段と、
上記楽音制御情報に基づいて、複数の楽音を同時に発生可能な楽音発生手段と、
共鳴音波形を記憶した共鳴音波形記憶手段と、
上記楽音制御情報に基づいて、共鳴音波形記憶手段から共鳴音波形を読み出し、複数の共鳴音を同時に発生可能な共鳴音発生手段と、
上記楽音制御情報に基づいて、共鳴発生手段から発生した共鳴音を所定倍し、楽音発生手段からの入力楽音に加算して出力する共鳴音混合手段と
を少なくとも楽音出力用に備えたことを特徴としていると言うことになる。
【０１３８】
上述のように、本願３つ目の基本構成にあっては、共鳴回路は、共鳴音波形記憶手段に該共鳴音波形を記憶させるために必要とされるものである。従って上記共鳴音波形記憶手段に記憶される共鳴音波形は、後述する実施例に示すように、発生可能な楽音の倍音に対応した複数の共鳴回路（フィルタを備え場合によりそれに乗算器を直接に接続している回路構成）を並列に接続した構成（本電子楽器に使用される共鳴音波形記憶手段に記憶される共鳴音波形を作成するために必要な構成）に対し、楽音を入力して得られた出力波形を予め記憶することになる（請求項２３）。
【０１３９】
上記共鳴回路は、入力された楽音に対応した共鳴音を出力し、上述のように、その出力は、最終的に共鳴音波形記憶手段に記憶される。
【０１４０】
この共鳴回路がフィルタとその後に接続される乗算器とで構成されている場合、その出力レベル（該乗算器の乗算係数）を、共鳴音作成時に入力される楽音によって変更する。
【０１４１】
この時、入力する楽音に含まれる倍音の周波数と等しい共振周波数の共鳴回路の出力波形の振幅を、それ以外の共鳴回路の出力波形の振幅より小さくすると良い。
【０１４２】
すなわち、各フィルタは入力される楽音の倍音と略等しい共振周波数を持つ共鳴回路である。従って、その共振周波数と等しい周波数の倍音が入力されると、その共鳴回路の出力は、他の共鳴回路出力に比べ振幅が非常に大きくなる。
【０１４３】
そのため、ある楽音を入力すると、その楽音に含まれる倍音の周波数と同じ共振周波数を持つ共振回路の振幅が、他の共振回路に比べて非常に大きくなる。この状態で全ての共鳴回路の出力を加算すると、入力した楽音の様な聞こえとなり、ピアノであれば、所望とするダンパーペダルを踏んで演奏した時の様な共鳴音は得られない。
【０１４４】
従って、入力する楽音に含まれる倍音の周波数と等しい共振周波数の共鳴回路の乗算器の乗算係数は、他の共鳴回路の乗算器の乗算係数に比べ小さくすることが必要である。
【０１４５】
例えば図１６のａは、Ｆ_６の楽音を、Ｃ_６に含まれる倍音の共振周波数を持った複数の共鳴回路に入力した時の出力の合計である。同様にｂは、Ｆ_６の楽音を、Ｄ＃_６に含まれる倍音の共振周波数を持った複数の共鳴回路に入力した時の出力の合計である。同様にｃは、Ｆ_６の楽音を、Ｆ_６に含まれる倍音の共振周波数を持った複数の共鳴回路（後述する図３１のフィルタfilterF6-1〜filterF6-N69）に入力したときの出力の合計である。
【０１４６】
この時の共鳴回路のレベル（共鳴回路の直後の乗算器の乗算係数）は、全て１である。この時、ａ、ｂに比べて、ｃの振幅が非常に大きい。よってこれらの共鳴音を加算しても、Ｆ_６の楽音の様な聞こえとなる。
【０１４７】
図１７は、Ｃ_６の共鳴回路とＤ＃_６の共鳴回路の出力レベルは１で、Ｆ_６の共鳴回路の出力レベル（図３１の乗算器M3-F6-1〜M3-F6-N69）を０.１とした場合である。
【０１４８】
するとＦ_６の共鳴回路出力も、他の共鳴回路出力とほぼ同様の振幅となる。
【０１４９】
これらの共鳴音を加算すれば、ピアノであれば、所望とするダンパーペダルを踏みながら演奏した時の響きが得られる(ここでは説明のため３音としたが、実際は全ての共鳴回路の出力を加算する)。
【０１５０】
３つ目の基本構成では、上述のように、共鳴回路は、共鳴音波形記憶手段に記憶される共鳴音を作成するために使用されるものであり。上記２つの基本構成とはその点が異なるが、本基本構成で使用される共鳴回路自身の構成は、上記２つの基本構成で共鳴音発生手段中に使用されるものと同一であり、１つの共鳴回路は、その音程の１つの倍音の動きを模擬するように設計される。
【０１５１】
すなわち、３つ目の基本構成においても、
上記共鳴回路はデジタルフィルタを有しており、それらのフィルタで使用されるフィルタ係数につき、
共鳴回路のインパルス応答は、倍音の振動波形を概略模擬するものとして、この振動波形は１自由度粘性減衰系モデルで再現できるものとし、
１自由度粘性減衰系モデルの振る舞いを決めるためのモデルパラメータは、質量、減衰固有振動数、減衰率とすると共に、これらを与えて、前記モデルの運動方程式の係数となる粘性係数と剛性係数を求め、
前記モデルの運動方程式をラプラス変換し、ｓ表現の伝達関数式を得ると共に、これに求めた粘性係数、剛性係数及び質量を代入し、双一次変換を行って、ｚ表現のフィルタ係数を求め、
前記質量は任意の値とし、前記減衰固有振動数は模擬しようとする倍音の振動数であり、前記減衰率は倍音の減衰を指数関数で近似したときの指数として、その値を求めている（請求項２４）。
【０１５２】
このような共鳴回路の詳細については、本願の１つの基本構成の説明の際に詳述したので、ここではその説明を省略する。
【０１５３】
請求項２５の構成は、上記共鳴回路のデジタルフィルタに乗算器が夫々連続して設けられる場合の構成につき規定しており、より具体的には、該乗算器への乗算係数については、その倍音を含む楽音の、各倍音の振幅比を所定倍したものに設定することを規定しているが、これについても、その説明は上記請求項４、１６の項でしており、ここではその説明を省略する。
【０１５４】
楽音発生手段が記憶された楽音波形の読み出しで楽音発生がなされる場合は、模擬しようとする上記倍音は、記憶された楽音波形より抽出した倍音とする請求項２６の構成についても、その説明は上記請求項５、１７の項でしており、ここではその説明を省略する。
【０１５５】
楽音発生手段が所定の楽音制御情報で楽音合成され楽音発生が行われる場合は、模擬しようとする上記倍音は、所定の楽音制御情報で楽音合成され、出力された楽音波形より抽出された倍音とする請求項２７の構成についても、その説明は上記請求項６、１８の項でしており、ここではその説明を省略する。
【０１５６】
上記共鳴音発生手段は、その出力を所定倍して、入力楽音と加算し、再度この共鳴音発生手段にフィードバックして入力する構造を持つ請求項２８の構成についても、その説明は上記請求項９、２０の項でしており、ここではその説明を省略する。
【０１５７】
上記共鳴音発生手段は、その出力を所定倍して、入力楽音と加算し、再度この共鳴音発生手段にフィードバックして入力する構造を持つと共に、そのフィードバック経路には、共鳴発生手段の出力を所定時間遅らせる遅延回路及び／又は共鳴発生手段の出力の振幅−周波数特性を変更するフィルタを備えた請求項２９の構成についても、その説明は上記請求項１０、２１の項でしており、ここではその説明を省略する。
【発明の効果】
【０１５８】
本発明の請求項１〜請求項２９記載の電子楽器によれば、単純な構成で、本物の共鳴に近く、倍音レベルの細かな調整が容易な共鳴音を発生することが可能となるいう優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１５９】
以下、本発明の実施の形態を、電子ピアノを例にとって、図示例と共に説明する。
【実施例１】
【０１６０】
図１８は、本発明に係る電子ピアノのハードウェア構成を示す説明図、また図１９は、本電子ピアノに適用される上記１つ目の基本構成の最良の実施形態構成を示す機能ブロック図である。
【０１６１】
図１８に示すように、本電子ピアノは、システムバス２００を介して、ＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３、鍵盤２０４、ダンパーペダル２０５、音源２０６及びデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）２０７が相互に接続されて構成されている。システムバス２００は、アドレス信号、データ信号又は制御信号等を送受するために使用される（アドレスバス、データバス、コントロール信号ラインよりなる信号バス）。
【０１６２】
ＣＰＵ２０１は、本電子ピアノの制御をつかさどる中央演算装置であって、後述するＲＯＭ２０２に格納されているプログラムに従って、鍵盤２０４、ダンパーペダル２０５を制御して、鍵盤２０４のキー、ダンパーペダル２０５の操作状態などを走査し、鍵盤２０４の押鍵・離鍵に伴う押鍵データ［キーＯＮ・ＯＦＦ、キー識別情報（キー番号など）、キータッチレスポンス：キーデータ］やダンパーペダル２０５の踏み込み量等の操作情報を楽音制御情報として、音源２０６やＤＳＰ２０７へ割り当て処理を行い、ＤＳＰ２０７の出力側に接続された音響システム２０９より所望の楽音信号を発生させるように制御する。
【０１６３】
上記ＲＯＭ２０２は、上述したＣＰＵ２０１用のプログラムの他に、ＣＰＵ２０１が楽音発生に参照する種々のパラメータデータを格納する読み出し専用メモリである。
【０１６４】
上記ＲＡＭ２０３は、ＣＰＵ２０１におけるプログラム処理での処理段階のデータを一時記憶しておいたり、パラメータデータを記憶しておく、読み書き可能でメモリである。また、このＲＡＭ２０３には、必要に応じてレジスタ、カウンタ、フラグ機能等が定義されている。
【０１６５】
上記鍵盤２０４は、Ａ_０〜Ｃ_８までの８８鍵を有する鍵盤回路であり、これは図示しない鍵盤スキャン回路により、該回路から発せられた押鍵データが検出されて、出力される。すなわち、８８鍵の鍵盤２０４には、夫々２点スイッチが設けられており、任意の鍵盤２０４が所定以上の深さまで押し下げられたことを検出すると、その鍵盤の音高データ（キー番号）の押鍵信号を生成すると共に、２点スイッチ間を通過する速度からベロシティを生成し、それらを押鍵データとして、鍵盤スキャン回路に送られる。該鍵盤スキャン回路は、２点スイッチからの押鍵データを受け取ると、それをＣＰＵ２０１に送る。
【０１６６】
鍵盤スキャン回路からの押鍵データは、ＣＰＵ２０１により、夫々のチャンネルに対応する音源２０６に送られることになる。
【０１６７】
上記ダンパーペダル２０５は、実際のピアノの下部に取り付けられたペダルと略同じ構成であるが、ここには可変抵抗器が組み込まれていて、この抵抗による電圧の変動などをペダルの踏み込み量として検出する構成が備えられている。該構成で検出されたペダルの踏み込み量データは、ＣＰＵ２０１及びＤＳＰ２０７に送られる。そのデータを該ＣＰＵ２０１が受けた場合、ＲＡＭ２０３上に共鳴設定フラグを１に設定する。もちろんこの踏み込みが無くなれば、上記検出構成からその踏み込み量が０としてＣＰＵ２０１に送られ、ＲＡＭ２０３上の共鳴設定フラグは、０に設定される。
【０１６８】
上記音源２０６は、専用のＬＳＩで設計されており、鍵盤２０４で演奏されたキーに応じた読み出しアドレスを発生して、本願の楽音発生手段の楽音波形記憶手段に相当する波形メモリ２０８から原データ（ピアノ音色）を読み出し、さらに、該原データの補間処理を行った後、同じく同回路で生成された音色毎のエンベロープを乗算し、夫々の音色の波形データを設定されたチャンネル分累算して、外部に楽音信号を発生する。尚、ここに記載されているＰＣＭ音源構成とは異なり、音源２０６は、他のＦＭ音源方式、正弦波加算方式、減算方式により、楽音を発生させる構成であっても良い。
【０１６９】
上記ＤＳＰ２０７は、ＲＡＭ２０３上の共鳴設定フラグの状態を関知したＣＰＵ２０１からの指令により、上記共鳴設定フラグが１にセットされている場合、上記音源２０６から出力された楽音から共鳴音を発生させ、該楽音に付加する音響効果付加構成である。その共鳴音の付加具合に関しては、上記ダンパーペダル２０５の踏み込み量が楽音制御情報として、直接ダンパーペダル２０５の上記検出構成（可変抵抗器）から割り当てられる。
【０１７０】
さらに、上記音源２０６から出力され（ダンパーペダル２０５の操作がある場合、さらに共鳴音が付加され）た楽音信号は、音響システム２０９のＤ／Ａ変換回路（図示無し）に入力され、デジタル−アナログ変換され、アナログ信号処理部（図示無し）でノイズが除去され、アンプ（図示無し）で増幅されて、スピーカ（図示無し）から外部に楽音として出力される。
【０１７１】
図１９は、上記構成の本電子ピアノの楽音出力側の機能ブロックを示している。同図に示されるように、楽音制御手段１と、楽音発生手段２と、共鳴音発生手段３と、共鳴音混合手段４とを、その構成として備えている。
【０１７２】
そのうち上記楽音制御手段１は、鍵盤２０４、ダンパーペダル２０５、ＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３で構成される。上述のように、ＣＰＵ２０１は、鍵盤２０４、ダンパーペダル２０５の操作を検知し、その操作情報を楽音制御情報として記憶する。楽音制御情報は、操作された鍵盤（の番号など＝音高）、鍵盤の状態（ＯＮ／ＯＦＦ）、鍵盤の操作強さ（ベロシティデータ）、ダンパーペダル２０５の踏み込み量などである。ＣＰＵ２０１は、これら楽音制御情報を音源２０６に送ることで、楽音発生／停止の指示を行なう。またＤＳＰ２０７へも送出し、後述する共鳴音発生手段３及び共鳴音混合手段４の動作に関わる係数の書き込み（書き換え）を行なう。ＲＯＭ２０２には、ＣＰＵ２０１がこのような動作を行なうための手続きを記述したプログラムが記憶される。また前記係数を、楽音制御情報と対応して記憶している。（対応しないで記憶する場合もある。）
【０１７３】
上記楽音発生手段２は、上記音源２０６及び波形メモリ２０８で構成されており、上記楽音制御情報に基づいて、複数の楽音を同時に発生できる構成である。
【０１７４】
上記共鳴音発生手段３は、上記ＤＳＰ２０７で構成されており、後述するように、発生可能な楽音信号の倍音信号分だけ共鳴回路を備え、楽音発生手段２から発生した楽音を各共鳴回路への入力信号として、該共鳴回路により共鳴音を発生させる構成である。その詳細については、図２０を使用して後述する。
【０１７５】
上記共鳴音混合手段４は、同じく上記ＤＳＰ２０７で構成されており、楽音制御情報に基づいて、共鳴音発生手段３から発生した共鳴音を所定倍し、楽音発生手段２からの入力楽音に加算して出力する構成である。本実施例構成では、図１９に示すように、ＤＳＰ２０７で構成された、共鳴音発生手段３の出力側に接続された乗算器M1-1と、楽音発生手段２の出力側に接続された乗算器M1-2と、両乗算器M1-1及びM1-2の出力を加算する加算器A1とを備えることになる。
【０１７６】
上記乗算器M1-1は、共鳴音発生手段３からの共鳴音の振幅を所定倍する構成である。この乗算係数は、楽音制御手段１が発する楽音制御情報のダンパーペダル２０５の踏み込み量に応じて決定される。
【０１７７】
上記乗算器M1-2は、楽音発生手段２からの楽音の振幅を所定倍する構成である。
【０１７８】
次に上記ＤＳＰ２０７によって構成される共鳴音発生手段３を、図２０を使用して説明する。
【０１７９】
同図に示すように、該共鳴音発生手段３は、フィルタと乗算器とを直列に接続して１つのユニットとして構成した共鳴回路を、１つの音程（鍵盤）に対し、１〜６９音分備えることで、１ユニットの共鳴回路が、１つの音程に１つの倍音の周波数に相当する共振周波数を持つ構成となっている。従って１つの楽音の入力に対し、６９音の共鳴音が、これらの共鳴回路で作られ、それらが、加算器AD3-1で加算されて、１つの楽音の共鳴音として出力される。
【０１８０】
さらに詳細に説明すると、図中の１つのフィルタとそれに接続される乗算器は、１組で１つの音程（鍵盤）の１つの倍音の周波数に相当する共振周波数を持つ共鳴回路となっている。この実施例ではフィルタfilterA0-1と乗算器M3-A0-1は音程Ａ_０の１倍音の周波数に相当する共振周波数を持つ共鳴回路であり、同様にフィルタfilterA0-2と乗算器M3-A0-2は音程Ａ_０の２倍音に相当し、フィルタfilterA0-Nと乗算器M3-A0-NはＡ_０の最高次倍音に相当する共振周波数を持つ共鳴回路である。同様に、フィルタfilterA#0-1と乗算器M3-A#0-1、フィルタfilterA#0-2と乗算器M3-A#0-2、フィルタfilterA#0-N2と乗算器M3-A#0-N2は、夫々音程Ａ＃_０の１倍音、２倍音、最高次倍音に相当する共振周波数を持つ共鳴回路である。またAD3-1は、全ての共鳴回路の出力を加算する加算器である。
【０１８１】
フィルタfilterF6、……についても同様である。本実施例ではＡ_０〜Ｆ_６の全音程における全倍音に相当する共鳴回路を並列に結合している例である。本実施例でフィルタfilterがA0〜F6で終わっているのは、ピアノにおいてはダンパーペダル２０５によって制動を受ける音程が、Ａ_０〜Ｆ_６までの６９鍵であるからである。必要であれば、Ｆ＃_６〜Ｃ_８までの各倍音に対応するフィルタを持っても良い。ピアノ以外の他の楽器に応用する場合はＡ_０〜Ｆ_６の範囲にこだわる必要は無い。
【０１８２】
またM3-A0-1〜M3-F6-N69は各共鳴回路の乗算器であり、この乗算係数を任意に設定することにより、共鳴音の音色を自由に設定することが可能である。
【０１８３】
尚、共鳴回路の設計については、上述したので、ここではその説明は省略する。
【０１８４】
以上までが、本発明に係る実施例１の構成についての説明である。以下、これらの構成の動作について、その流れを追って順に説明する。
【０１８５】
まず鍵盤２０４を押鍵すると、その鍵盤に対応した音高、押鍵速度に対応した強さ（ベロシティデータ）などの楽音制御情報が、楽音制御手段１により発生され、楽音発生手段２に送られる。
【０１８６】
また複数の鍵盤２０４を押鍵すると、それらに対応した複数の音高、強さなどの楽音制御情報が、楽音制御手段１より楽音発生手段２へ送られる。
【０１８７】
楽音発生手段２は、その楽音情報に応じた楽音を読み出し（波形メモリ２０８から読み出し）、共鳴音発生手段３と共鳴音混合手段４へ送る。
【０１８８】
複数の楽音が発生した場合は、それらの楽音を加算し、共鳴音発生手段３と共鳴音混合手段４へ送る。例えばＣ_３とＧ_３の鍵盤２０４が強く操作された場合、Ｃ_３の強打に応じた楽音波形と、Ｇ_３の強打に応じた楽音波形を読み出し、それらを加算した波形を楽音として、共鳴音発生手段３と共鳴音混合手段４に送出する。
【０１８９】
共鳴音発生手段３は、入力された信号の倍音の周波数に対応した共振周波数を持つ共鳴回路からは、振幅が大きい共鳴音が発生し、信号の倍音の周波数とは異なる共振周波数を持つ共鳴回路からは、振幅が小さい共鳴音が発生される。即ち倍音の周波数と共振周波数が近ければ近いほど、その共鳴回路の出力の振幅は大きくなり、離れていれば離れているほど、その共鳴回路の出力の振幅は小さくなる。例えばＣ_３とＧ_３の強打に応じた波形を加算したものが入力されると、Ｃ_３とＧ_３の強打波形の倍音周波数に近い共振周波数の共鳴回路からは、振幅が大きい共鳴音が発生し、Ｃ_３とＧ_３の強打波形の倍音周波数から離れた共振周波数の共鳴回路からは、小さな振幅の共鳴音が発生する。そして加算器AD3-1により、各共鳴回路で発生した共鳴音を全てを加算して、共鳴音混合手段４に出力する。
【０１９０】
共鳴音混合手段４は、乗算器M1-1で所定倍した共鳴音と、乗算器M1-2で所定倍した楽音を加算器A1で加算し、音響システム２０９へ出力する。このとき乗算器M1-1の乗算係数は、楽音制御情報に応じた値となっている。楽音制御手段１は、ダンパーペダル２０５の踏み込み量を検知して、その操作がなされるたびに、乗算器M1-1の乗算係数の値を変更する。踏み込み量が大きいほど、乗算係数は大きく、踏み込み量が小さいほど、乗算係数は小さくなる。また踏み込み量が無い状態から、所定の踏み込み量までは、乗算係数は０で、所定の踏み込み量を超えると、ある一定の値をとるようにしても良い。
【０１９１】
音響システム２０９は、上述のような構成を備えており、共鳴音混合手段４からの出力を、音響放射する。
【０１９２】
図２１〜図２３は、以上の実施例構成を有する電子ピアノの動作処理フローを示している。
【０１９３】
図２１は、本電子ピアノのメイン処理フローを示している。同図に示すように、電子ピアノの電源がＯＮにされると、電子ピアノの各部分の初期設定がなされる（ステップＳ１００）。そして鍵盤２０４の操作状況がスキャンされ、その押鍵・離鍵の状況によって各種処理を行う鍵盤処理がなされる（ステップＳ１０２）。次にダンパーペダル２０５の操作状況がスキャンされ、その踏み込み量の状況によって各種処理を行うペダル処理がなされる（ステップＳ１０４）。さらにその他の処理（例えばパネル操作処理など）がなされる（ステップＳ１０６）。
【０１９４】
図２２は、上記ステップＳ１０２の鍵盤処理の流れを示す処理フロー図である。同図に示すように、鍵盤２０４の操作状況がスキャンされる（ステップＳ２００）。それから鍵盤２０４の操作状況に変化があるか否かがチェックされる（ステップＳ２０２）。
【０１９５】
鍵盤２０４の操作状況に変化がなければ（ステップＳ２０２；Ｎ）、鍵盤処理を終了し、メインフローのペダル処理へ移行する。他方鍵盤２０４の操作状況に変化があれば（ステップＳ２０２；Ｙ）、その変化のあった操作が押鍵か否かがチェックされる（ステップＳ２０４）。
【０１９６】
押鍵であれば（ステップＳ２０４；Ｙ）、楽音発生手段２へ楽音制御情報が書き込まれると共に、発音開始の指示が出力される（ステップＳ２０６）。
【０１９７】
他方離鍵であれば（ステップＳ２０４；Ｎ）、楽音発生手段２へ楽音制御情報が書き込まれると共に、発音停止の指示が出力される（ステップＳ２０８）。
【０１９８】
そして操作状況が変化した全ての鍵盤の処理が終了したか否かがチェックされる（ステップＳ２１０）。
【０１９９】
操作状況が変化した全ての鍵盤の処理が終了していなければ（ステップＳ２１０；Ｎ）、上記ステップＳ２０４に復帰する。他方操作状況が変化した全ての鍵盤の処理が終了していれば（ステップＳ２１０；Ｙ）、鍵盤処理が終了し、メインフローのペダル処理へ移行する。
【０２００】
図２３は、上記ステップＳ１０４のペダル処理の流れを示す処理フロー図である。同図に示すように、ダンパーペダル２０５の操作状況がスキャンされる（ステップＳ３００）。それからダンパーペダル２０５の操作状況に変化があるか否かがチェックされる（ステップＳ３０２）。
【０２０１】
ダンパーペダル２０５の操作状況に変化がなければ（ステップＳ３０２；Ｎ）、ペダル処理が終了し、メインフローのその他の処理へ移行する。他方ダンパーペダル２０５の操作状況に変化があれば（ステップＳ３０２；Ｙ）、共鳴音混合手段の乗算器M1-1に、ペダル操作量に応じた乗算係数が書き込まれる（ステップＳ３０４）。以上のようにしてペダル処理が終了し、メインフローのその他の処理へ移行する。
【０２０２】
尚、図６及び図７で説明したように、ある音程の楽音の基音（１倍音）周波数がｆ１であるとすると、２倍音は約（ｆ１×２）Ｈｚ、３倍音は約（ｆ１×３）Ｈｚ、４倍音では（ｆ１×４）Ｈｚとなる。この時、この１オクターブ上の楽音の基音周波数は、約（ｆ１×２）Ｈｚ、２倍音は（ｆ１×４）Ｈｚとなる。また２オクターブ上の楽音の基音周波数は、（ｆ１×４）Ｈｚとなる。従って、ある音程の２倍音と１オクターブ上の基音周波数は、ほぼ重なることとなる。また同様にある音程の４倍音と１オクターブ上の２倍音と２オクターブ上の基音周波数が重なることとなる。
【０２０３】
またオクターブの関係に無い場合でも、異なる音程の異なる次数の倍音の周波数が非常に近い場合がある。
【０２０４】
このように周波数が略等しい倍音については、個別に共鳴回路を持たずに、１つの倍音の周波数、またはそれらの平均の周波数を共振周波数とする共鳴回路を１つ持てば良い。これにより上述した共鳴音発生手段３の回路規模を縮小できる（共鳴回路の数を減らせる）ようになる。
【０２０５】
図６は、上から順に、Ｃ_２、Ｃ_３、Ｃ_４の倍音を、ＦＦＴ分析で表したものである。図中四角形で囲んだ倍音の部分は、１つの共鳴回路で作ることができる。その分だけ回路構成を省略することが可能である。
【０２０６】
また図７は、上から順に、Ｃ_４、Ｅ_４、Ａ_４の倍音を、ＦＦＴ分析で表したものである。図中四角形で囲んだ倍音の部分は、１つの共鳴回路で作ることができる。その分だけ回路構成を省略することが可能である。
【０２０７】
他方、図８〜図１１で説明したように、共鳴回路に入力する楽音に含まれる倍音の周波数と入力される共鳴回路の共振周波数が極めて近い場合、共鳴回路に入力する楽音に含まれる倍音の周波数と入力される共鳴回路の共振周波数と異なる場合に比べて、共鳴回路から出力される共鳴音は極めて大きくなる（楽音の倍音周波数と共鳴回路の共振周波数が近いと共鳴回路出力の振幅が大きくなりすぎる）。その場合、本来得たい共鳴音らしい響きではなく、その共振周波数を持った安定した楽音のような聞こえとなってしまう。
【０２０８】
図８は、Ｃ_２の楽音を、Ｃ_２の１倍音共鳴回路、Ｃ_３の１倍音共鳴回路、Ｇ＃_２の１倍音の共鳴回路へ、夫々入力した時の共鳴音を上から順に示している。図９は、同様に、Ｇ＃_２の楽音を、Ｃ_２の１倍音共鳴回路、Ｃ_３の１倍音共鳴回路、Ｇ＃_２の１倍音の共鳴回路へ、夫々入力した時の共鳴音を上から順に示している。
【０２０９】
図８では、Ｃ_２の１倍音共鳴回路とＣ_３の１倍音共鳴回路の共鳴音が大きい。これは、Ｃ_２の楽音が、Ｃ_２の１倍音とＣ_３の１倍音の周波数に極めて近い周波数の倍音を持つためである。同様に、図９では、Ｇ＃_２の１倍音の共鳴回路の共鳴音の振幅が大きい。このため図８のような場合は、共鳴音はＣ_２の楽音が鳴っているような聞こえとなってしまう。同様に図９のような場合は、Ｇ＃_２の楽音が鳴っているような聞こえとなってしまう。これでは、ピアノであれば、ダンパーペダル操作時のような聞こえにはならないことになる。
【０２１０】
そこで本構成では、１つの共鳴回路の共振周波数は、１つの倍音周波数に相当するが、共鳴音発生手段３として、特定の倍音周波数に対応する共鳴回路の共振周波数を所定量だけずらした共鳴回路を含む構成とする。
【０２１１】
すなわち、図８や図９に示すような共鳴音の振幅を略同じ大きさに揃えるには、共鳴回路の共振周波数を少しずらせば良い。
【０２１２】
上記構成によって得られた結果を、図１０及び図１１に示す。
【０２１３】
図１０は、Ｃ_２の楽音を、Ｃ_２の１倍音から数Ｈｚずらした共振周波数の共鳴回路へ、Ｃ_３の１倍音から数Ｈｚずらした共振周波数の共鳴回路へ、またＧ＃_２の１倍音から数Ｈｚずらした共振周波数の共鳴回路へ、夫々入力した時の共鳴音を上から順に示している。
【０２１４】
図１１は、Ｇ＃_２の楽音を、Ｃ_２の１倍音から数Ｈｚずらした共振周波数の共回路へ、Ｃ_３の１倍音から数Ｈｚずらした共振周波数の共鳴回路へ、またＧ＃_２の１倍音から数Ｈｚずらした共振周波数の共鳴回路へ、夫々入力した時の共鳴音を上から順に示している。
【０２１５】
これらの図から明らかなように、共鳴回路の共振周波数を少しずらすことで、共鳴音の振幅を略同じ大きさに揃えることができるようになる。
【０２１６】
他方、ピアノは、弦振動が響板などへ伝わり、それが放音される。同時にその振動は、駒を通して他の弦にも伝わる。また他の弦に伝わった振動は、再び駒を通って元の弦に伝わる。よってピアノは、このようなフィードバック回路を持つ。これを簡単な回路構成で達成するために、図２４に示すように、共鳴音発生手段３に、フィードバック経路を設ける。すなわち、上記共鳴音発生手段３は、その出力を乗算器M11-A1により所定倍して、さらに加算器AD11-2により、元の入力楽音と加算し、再度この共鳴音発生手段３にフィードバックして入力する構造を持つようにすると良い。
【０２１７】
また図２４に示すと同様に共鳴音発生手段３の出力を所定倍して、入力楽音と加算し、再度この共鳴音発生手段にフィードバックして入力する構造を共鳴音発生手段３に持つと共に、図２５に示すように、そのフィードバック経路に、共鳴発生手段３の出力を所定時間遅らせる遅延器D11-1及び共鳴音発生手段３の出力の振幅−周波数特性を変更するフィルタFlt11-1を備えるようにしても良い。この場合、上記遅延器D11-1は振動の伝播遅延を模擬し、上記フィルタFlt11-1は駒の伝達特性を模擬することになる。
【実施例２】
【０２１８】
実施例２の構成も、電子ピアノに関する構成であるが、そのハードウェア構成及び機能ブロック構成は、実施例１の図１８及び図１９と略同じであるので、ここではその図面及び構成の説明は省略する。
【０２１９】
但し、本実施例構成では、楽音発生手段２と共鳴音発生手段３の構成が、実施例１とは異なるので、図２６に基づき、これらの機能ブロック構成を説明する。尚、同図に示されるように、上記楽音発生手段２は、音源２０６とＤＳＰ２０７の両方によって構成されることは言うまでもない。
【０２２０】
上記図２６に示すように、本実施例構成における楽音発生手段２は、通常の音源に相当する楽音生成手段２０を有しており、その出力側は、ＣＨ１〜ＣＨＮまでの発音する発音数分の楽音生成チャンネルを備えている。
【０２２１】
ここから出力された楽音は、各楽音生成チャンネルが２つに分岐されており、その一方は、図１９に示されるように、共鳴音混合手段４に入力される。
【０２２２】
他方は、図２６に示されるように、各楽音生成チャンネルＣＨ１〜ＣＨＮの１つ１つには、夫々音名に対応した数の乗算器［本実施例では電子ピアノであるからＣ（ド）、Ｃ＃（ド＃）、Ｄ（レ）、Ｄ＃（レ＃）、Ｅ（ミ）、Ｆ（ファ）、Ｆ＃（ファ＃）、Ｇ（ソ）、Ｇ＃（ソ＃）、Ａ（ラ）、Ａ＃（ラ＃）、Ｂ（シ）の１２個分］が接続され、更に各チャンネルで同じ音名のものを集めて（同様に夫々の音名に対応する）加算する加算器（本実施例では_C〜_Bの１２個）へと接続されている。この各加算器の出力が、各音名に対応して設けられた共鳴音発生手段３の各共鳴回路群（本実施例では_C〜_Bの１２個）に送られる。
【０２２３】
このような構成を採用したのは以下のような理由による。
【０２２４】
共鳴回路の共振周波数とそれに入力される楽音の周波数が近ければ、近いほどその出力波形（共鳴音）の振幅が大きくなる。このため、入力楽音の周波数と共振周波数が離れた共鳴回路の出力波形と、入力楽音の周波数と共振周波数が極めて近い共鳴回路の出力波形の音量バランスがとれなくなる。そこで、楽音を、その周波数と共振周波数が極めて近い周波数の共鳴回路へ入力する時は、楽音の振幅を他の共鳴回路へ入力するときと比べて、小さくする必要がある。すなわち、上記楽音発生手段２の各チャンネルの乗算器以下の構成は、元々後方の共鳴音発生手段３側のために引き出されたものであり、共鳴回路群で共鳴音を作り出す際に、入力楽音の周波数と共振周波数が極めて近い共鳴回路の出力波形の音量バランスがとれなくなるような元となる楽音の振幅を、各楽音生成チャンネルＣＨ１〜ＣＨＮの夫々音名に対応した_C〜_Bの１２個の乗算器のうち、入力楽音の周波数と共振周波数が極めて近い楽音が入力される乗算器を使用して、他の共鳴回路へ入力する時と比べて小さくするものである。
【０２２５】
ここでは図２６に則して、楽音発生手段２の楽音生成手段２０、乗算器及び加算器と、共鳴音発生手段３の共鳴回路群を、夫々説明する。
【０２２６】
上述のように、楽音発生手段２は、楽音生成チャネルをＣＨ１〜ＣＨＮのＮ個有している。これらの楽音生成チャネルは、発音する楽音数分使用される。例えば、楽音Ｃ_１だけ発音する場合は、ＣＨ１からのみ楽音Ｃ_１が出力される。楽音Ｃ_１とＥ_１とＧ_１を発生する場合は、Ｃ_１をＣＨ１から、Ｅ_１をＣＨ２から、Ｇ_１をＣＨ３から出力される。
【０２２７】
次に上記乗算器について説明する。乗算器は、本実施例構成では、音名に対応した１２個が一組となり、楽音生成チャネル毎に１組ずつ装備されている。従って乗算器の総数は、Ｎ（楽音生成チャネル数）×１２（全音名数）となる。
【０２２８】
１つの楽音生成チャネル出力は、音名に対応したM3_x_C、M3_x_C#、……、M3_x_B（ｘは楽音生成チャネルの番号、末尾のアルファベットは共鳴回路群に対応する音名を示す）の１２の乗算器に入力される。各乗算器は、共鳴回路群_C〜_Bへの楽音の振幅を制御するものである。この乗算器による振幅制御の仕方については後述する。
【０２２９】
例えば楽音生成チャネル１から発音があった場合、M3_1_C〜M3_1_Bの１２の乗算器全てに楽音生成チャネル１からの楽音が入力される。
【０２３０】
また加算器AD_3_C、AD_3_C#、AD_3_D、……、AD_3_Bは、音名に対応して、本実施例構成は、１２個備えられている。音名に対応した上記乗算器は、同様に音名に対応した加算器に夫々接続される。これは同様に音名に対応して設けられた共鳴回路群に、同じ音名に対応した複数の乗算器の出力を加算し、対応する共鳴回路群へ出力するからである。すなわち振幅制御された（乗算器を通った）各楽音生成チャネルの出力を、共鳴回路群毎に加算するものである。例えば乗算器M3_1_C、M3_2_C、……M3_N_Cは、同じ音名（Ｃ）の加算器AD_3_Cへ接続され、乗算器M3_1_C#、M3_2_C#、……、M3_N_C#は、同じ音名（Ｃ＃）の加算器AD_3_C#へ接続される。
【０２３１】
さらに共鳴回路群は、夫々音名［本実施例ではＣ（ド）、Ｃ＃（ド＃）、Ｄ（レ）、Ｄ＃（レ＃）、Ｅ（ミ）、Ｆ（ファ）、Ｆ＃（ファ＃）、Ｇ（ソ）、Ｇ＃（ソ＃）、Ａ（ラ）、Ａ＃（ラ＃）、Ｂ（シ）の１２個分］に対応して設けられている（_C、_C#、……、_B）。
【０２３２】
そして１つの共鳴回路群は、その音名の全倍音に対応した共鳴回路で構成される。例えば、共鳴回路群_Cは、楽音Ｃ_１の全倍音、Ｃ_２の全倍音、Ｃ_３の全倍音、……及びＣ_８の全倍音に対応した共鳴回路で構成される。あるいは、ダンパーが装備された音域である楽音Ｃ_１の全倍音、Ｃ_２の全倍音、Ｃ_３の全倍音、……及びＣ_６の全倍音に対応した共鳴回路で構成しても良い。
【０２３３】
すなわち、図２７に示されるように、１つのfilterとそれに接続される乗算器は１組で、１つの音程（鍵盤）の１つの倍音の周波数に相当する共振周波数を持つ共鳴回路となっている。この実施例ではフィルタfilterA0-1と乗算器M4-A0-1は、音程Ａ_０の１倍音の周波数に相当する共振周波数を持つ共鳴回路であり、同様にフィルタfilterA0-2と乗算器M4-A0-2は、音程Ａ_０の２倍音に相当し、フィルタfilterA0-N1と乗算器M4-A0-N1は、Ａ_０の最高次倍音に相当する共振周波数を持つ共鳴回路である。同様に、フィルタfilterA1-1と乗算器M4-A1-1、フィルタfilterA1-2と乗算器M4-A1-2、フィルタfilterA1-N2と乗算器M4-A1-N2は、夫々音程Ａ_１の１倍音、２倍音、最高次倍音に相当する共振周波数を持つ共鳴回路である。
【０２３４】
またフィルタfilterA7、……についても同様である。本実施例ではＡ_０、Ａ_１、Ａ_２、……、Ａ_７の８音程における全倍音に相当する共鳴回路を並列に結合している例である。そしてM4-A0-1〜M4-A7-N7は各共鳴回路の乗算器であり、この乗算係数を任意に設定することにより共鳴音の音色を自由に設定することが可能である。あるいはダンパーが装備された音域であるＡ_０、Ａ_１、Ａ_２、……、Ａ_５の６音程における全倍音に相当する共鳴回路を並列に結合してもよい。
【０２３５】
さらにAD4-1は全ての共鳴回路の出力を加算する加算器である。これにより、１つの楽音に対する共鳴音の出力が１つになる。
【０２３６】
各共鳴回路については上述の通りであり上記ＤＳＰ２０７で構成される。１つの共鳴回路は、図２８に示すように、２次のＩＩＲフィルタで実現されている（これは伝達関数より明らかである）。尚、図中Ｚ(-1)は、単位遅延を示している。
【０２３７】
次に以上の構成における、楽音生成チャンネルから単音だけが生成される場合と複数音生成される場合とに分けて、信号の流れを説明する。
【０２３８】
最初に、楽音生成チャンネルから単音だけが生成される場合について説明する。ここで、鍵盤C_1だけを押したとする。楽音生成手段２０の楽音生成チャンネルＣＨ１から楽音Ｃ_１が出力される。楽音Ｃ_１は、音名Ｃに対応する乗算器M3_1_Cを通って、音名Ｃに対応する加算器AD_3_Cへ出力される。
【０２３９】
また楽音Ｃ_１は、音名Ｃ＃に対応する乗算器M3_1_C#を通って、音名Ｃ＃に対応する加算器AD_3_C＃へも出力される。
【０２４０】
同様に楽音Ｃ_１は、他のＤ〜Ｂの１０音名に対応する乗算器M3_1_D〜M3_1_Bを通って、Ｄ〜Ｂの１０音名に対応する加算器AD_3_D〜AD_3_Bへも入力される。
【０２４１】
この時入力楽音がＣ_１なので、乗算器M3_1_Cの乗算係数のみ他の乗算器M3_1_D〜M3_1_Bより小さい係数がセットされる。他の乗算器M3_1_D〜M3_1_Bは同じ係数がセットされる（例えば他の乗算器が１で、乗算器M3_1_Cの乗算係数のみ０.１とするなど）。従って乗算器M3_1_Cを通った楽音の振幅のみが小さくなる。
【０２４２】
各加算器は、入力された、振幅制御後の楽音Ｃ_１を、加算器と同じ音名に対応した共鳴回路群に出力する。即ち加算器AD_3_C〜AD_3_Bは、夫々共鳴回路群_C〜共鳴回路群_Dへ楽音Ｃ_１を出力する。
【０２４３】
次に、楽音生成チャンネルから複数音が生成される場合について説明する。ここで、まず鍵盤C_1と鍵盤E_1が押されたとする。楽音生成手段ＣＨ１から楽音Ｃ_１が、ＣＨ２から楽音Ｅ_１が出力される。
【０２４４】
楽音Ｃ_１は音名Ｃに対応する乗算器M3_1_Cを通って、音名Ｃに対応する加算器AD_3_Cへ出力される。また楽音Ｃ_１は音名Ｃ＃に対応する乗算器M3_1_C#を通って、音名Ｃ＃に対応する加算器AD_3_C＃へ出力される。同様に、楽音Ｃ_１は他のＤ〜Ｂの１０音名に対応する乗算器M3_1_D〜M3_1_Bを通って、Ｄ〜Ｂの１０音名に対応する加算器AD_3_D〜AD_3_Bへ入力される。
【０２４５】
この時入力楽音がＣ_１なので、乗算器M3_1_Cの乗算係数のみ、他の乗算器M3_1_D〜M3_1_Bより小さい係数がセットされる。他の乗算器M3_1_D〜M3_1_Bは同じ係数がセットされる。従って乗算器M3_1_Cを通った楽音の振幅のみが小さくなる。
【０２４６】
同様に楽音Ｅ_１は、音名Ｃに対応する乗算器M3_2_Cを通って、音名Ｃに対応する加算器AD_3_Cへ出力される。また楽音Ｅ_１は、音名Ｃ＃に対応する乗算器M3_2_C#を通って、音名Ｃ＃に対応する加算器AD_3_C＃へ出力される。同様に楽音Ｅ_１は、他のＤ〜Ｂの１０音名に対応する乗算器M3_1_D〜M3_1_Bを通って、Ｄ〜Ｂの１０音名に対応する加算器AD_3_D〜AD_3_Bへ入力される。
【０２４７】
この時入力楽音がＥ_１なので、乗算器M3_2_Eの乗算係数のみ他の乗算器M3_2_C〜M3_2_D#、M3_2_F〜M3_2_Bより小さい係数がセットされる。他の乗算器M3_2_C〜M3_2_D#、M3_2_F〜M3_2_Bは同じ係数がセットされる。従って乗算器M3_2_Eを通った楽音の振幅のみが小さくなる。
【０２４８】
各加算器AD_3_C〜AD_3_Bは、振幅制御された（乗算器を通った）楽音Ｃ_１と振幅制御された楽音Ｅ_１を加算し、夫々対応する共鳴回路群_C〜_Bへ出力する。
【０２４９】
共鳴回路に入力する楽音に含まれる倍音の周波数と入力される共鳴回路の共振周波数が極めて近い場合、それら周波数が異なる場合に比べて、共鳴回路から出力される共鳴音は極めて大きくなる場合があり、入力楽音の周波数と共振周波数が離れた共鳴回路の出力波形と、入力楽音の周波数と共振周波数が極めて近い共鳴回路の出力波形との音量バランスがとれなくなり、本来得たい共鳴音らしい響きではなくなってしまう。しかし、本実施例構成のように、楽音を、その周波数と共振周波数が極めて近い周波数の共鳴回路へ入力する時は、楽音の振幅を他の共鳴回路へ入力するときと比べて、小さくしている。そのため、上述の例によれば、共鳴回路群_Cへ入力する時は、Ｃ_３の波形のみ振幅が小さくされるため、その共鳴音は、上記図１４のように、どの音程の共鳴音もほぼ同じような振幅になる。同様に共鳴回路群_Gへ入力する時には、Ｇ_３の波形のみ振幅が小さくされるため、上記図１５のように、どの音程の共鳴音もほぼ同じような振幅になる。これによって、本実施例構成が電子ピアノであるので、本来のダンパーペダルの操作時の響きを得ることができる。
【０２５０】
ここで、本実施例における電子ピアノの動作処理フローを説明する。ただし、メイン処理フローは図２１と、さらにペダル処理フローは図２３と基本的に同じであり、これらの説明は省略する。他方図２９に、本実施例２の電子ピアノにおける鍵盤処理フローを示す。
【０２５１】
図２９に示すように、鍵盤２０４の操作状況がスキャンされる（ステップＳ４００）。それから鍵盤２０４の操作状況に変化があるか否かがチェックされる（ステップＳ４０２）。
【０２５２】
鍵盤２０４の操作状況に変化がなければ（ステップＳ４０２；Ｎ）、鍵盤処理を終了し、メインフローのペダル処理へ移行する。他方鍵盤２０４の操作状況に変化があれば（ステップＳ４０２；Ｙ）、その変化のあった操作が押鍵か否かがチェックされる（ステップＳ４０４）。
【０２５３】
押鍵でなければ（ステップＳ４０４；Ｎ）、楽音発生手段２へ楽音制御情報が書き込まれると共に、発音停止の指示が出力され（ステップＳ４０８）、次のステップＳ４１６へ移行する。他方押鍵であれば（ステップＳ４０４；Ｙ）、楽音生成チャンネルが指定される（ステップＳ４０６）。そして楽音発生手段２へ楽音制御情報が書き込まれる（ステップＳ４１０）。
【０２５４】
次に楽音発生手段２の、指定された楽音生成チャンネルに接続された乗算器に、発音する音名に応じた乗算係数が書き込まれる（ステップＳ４１２）。その後、発音開始の指示が出力される（ステップＳ４１４）。
【０２５５】
最後に操作状況が変化した全ての鍵盤の処理が終了したか否かがチェックされる（ステップＳ４１６）。
【０２５６】
操作状況が変化した全ての鍵盤の処理が終了していなければ（ステップＳ４１６；Ｎ）、上記ステップＳ４０４に復帰する。他方操作状況が変化した全ての鍵盤の処理が終了していれば（ステップＳ４１６；Ｙ）、鍵盤処理が終了し、メインフローのペダル処理へ移行する。
【０２５７】
本実施例構成でも、楽音発生手段１により楽音を発生させると共に、その楽音の（ピアノなどの一般的な楽器ではＣ、Ｃ＃、Ｄ、……Ｂの）各音名に対応した複数系列（上記ピアノなどの一般的な楽器では１２系列）の共鳴回路群_C〜_Bで構成された共鳴音発生手段３に、楽音信号を入力することで共鳴音を得ている。
【０２５８】
この時本実施例構成では、上記構成により、発生した楽音信号は同じ音名の共鳴回路群へは（その周波数と共振周波数が極めて近い周波数の共鳴回路へ入力する時）小さな振幅で（上述の例によれば、共鳴回路群_Cへ入力する時は、Ｃ_３の波形のみ振幅を小さくすると、その共鳴音は図１４のように、どの音程の共鳴音もほぼ同じような振幅になる。同様に共鳴回路群_Gへ入力するときにはＧ_３の波形のみ振幅を小さくすると、図１５のように、どの音程の共鳴音もほぼ同じような振幅になる。）、異なる音名の共鳴回路へは大きな振幅で入力するようにしているため、同音名の共鳴回路群の出力が、他の共鳴回路群の出力と比べて著しく大きくなることを防いでおり、バランスの良い共鳴音を得るようにしている。これによって、ピアノであれば、本来のダンパーペダルの操作時の響きを得ることができる。
【０２５９】
尚、本実施例構成においても、図６及び図７で説明したように、周波数が略等しい倍音については、個別に共鳴回路を持たずに、１つの倍音の周波数、またはそれらの平均の周波数を共振周波数とする共鳴回路を１つ持てば良い。これにより上述した共鳴音発生手段３の回路規模を縮小できる（共鳴回路の数を減らせる）ようになる。
【０２６０】
また本実施例構成においても、図２４で説明したように、鳴音発生手段３の出力を所定倍して、入力楽音と加算し、再度この共鳴音発生手段にフィードバックして入力する構造を共鳴音発生手段３に持つ構成としたり、図２５で説明したように、上記図２４のような構成を有すると共に、そのフィードバック経路に、共鳴発生手段３の出力を所定時間遅らせる遅延器D11-1及び共鳴音発生手段３の出力の振幅−周波数特性を変更するフィルタFlt11-1を備えるようにしても良い。
【実施例３】
【０２６１】
実施例３の構成も、電子ピアノに関する構成であるが、そのハードウェア構成は、実施例１の図１８と略同じであるので、ここではその図面及び構成の説明は省略する。
【０２６２】
但し、本実施例構成では、楽音制御手段１から出力された楽音制御情報が、図３０に示すように、楽音発生手段２と共鳴音発生手段３の両方に入力され、夫々から、楽音の発生、及び共鳴音の発生が別々になされ、夫々乗算器M1-1、M1-2を介して、加算器A1で加算され、音響システム２０９へ出力されるという構成になっており、前２つの実施例構成と異なっている。従って、図３０に示す機能ブロック構成図に基づき説明する。尚、同図に示される共鳴音混合手段４は、ＤＳＰ２０７によって構成されており、図３０において、点線で囲まれた部分に１つの構成例が示されている。また共鳴音発生手段３の構成は、本電子ピアノとは別構成の共鳴音演算手段５により作成された共鳴音波形を記憶した波形メモリからの波形読み出しによって行われることについては、後述する。
【０２６３】
上記図３０に示されるうち、楽音制御手段１及び楽音発生手段２の構成は、上記実施例１及び２の構成と同じであるので、ここではその説明を省略する。
【０２６４】
本実施例における共鳴音発生手段３は、図示されてはいないが上記楽音発生手段２と同様に、読み出し方式の音源と共鳴音波形を記憶した波形メモリによって構成される。本実施例構成では、楽音発生手段２と共鳴音発生手段３が同一の音源と波形メモリで構成されているが、別の音源と波形メモリを用いても良い。
【０２６５】
同図のM1-1は、共鳴音発生手段３からの共鳴音の振幅を所定倍する乗算器である。この乗算係数は楽音制御手段１が発する楽音制御情報のダンパーペダル２０５の踏み込み量に応じて決定される。またM1-2は、楽音発生手段２からの楽音の振幅を所定倍する乗算器である。さらにA1は、それぞれ所定倍された共鳴音と楽音を加算する加算器である。
【０２６６】
上述のように、共鳴音発生手段３は、読み出し方式の音源と共鳴音波形を記憶した波形メモリによって構成されているため、電子ピアノ本体としては、共鳴音を作り出すわけではない。共鳴音波形は、この電子ピアノとは別構成の共鳴音演算手段５により予め作成され、上記共鳴音波形記憶手段としての波形メモリに記憶される。
【０２６７】
図３１に、本実施例では、電子ピアノとは別体構成として使用される共鳴音演算手段５の一例を示す。該共鳴音演算手段５は、信号処理装置と、該信号処理装置の信号処理手続を記述したプログラムとによって実現される。
【０２６８】
同図に示されるように、１つのフィルタfilterとそれに接続される乗算器が１組で、1つの音程（鍵盤）の１つの倍音の周波数に相当する共振周波数を持つ共鳴回路を構成している。この実施例ではフィルタfilterA0-1と乗算器M3-A0-1は、音程Ａ_０の１倍音の周波数に相当する共振周波数を持つ共鳴回路であり、同様にフィルタfilterA0-2と乗算器M3-A0-2は、音程Ａ_０の２倍音に相当し、フィルタfilterA0-Nと乗算器M3-A0-Nは、Ａ_０の最高次倍音に相当する共振周波数を持つ共鳴回路である。同様に、フィルタfilterA#0-1と乗算器M3-A#0-1、フィルタfilterA#0-2と乗算器M3-A#0-2、フィルタfilterA#0-N2と乗算器M3-A#0-N2は、夫々音程Ａ＃_０の１倍音、２倍音、最高次倍音に相当する共振周波数を持つ共鳴回路である。またAD3-1は、全ての共鳴回路の出力を加算する加算器である。
【０２６９】
フィルタfilterF6、……についても同様である。本実施例では、Ａ_０〜Ｆ_６の全音程における全倍音に相当する共鳴回路を並列に結合している例である。本実施例でフィルタfilterが、A0〜F6で終わっているのは、ピアノにおいては、ダンパーペダル２０５によって制動を受ける音程が、Ａ_０〜Ｆ_６までの６９鍵であるからである。必要であれば、Ｆ＃_６〜Ｃ_８までの各倍音に対応するフィルタfilterを持っても良い。他の楽器に応用する場合はＡ_０〜Ｆ_６の範囲にこだわる必要は無い。
【０２７０】
さらにM3-A0-1〜M3-F6-N69は、各共鳴回路の乗算器であり、この乗算係数を任意に設定することにより共鳴音の音色を自由に設定することが可能である。
【０２７１】
このような構成からなる共鳴音演算手段５で算出された共鳴音波形は、共鳴音用波形メモリに記憶させるために、該共鳴音演算手段５は本電子ピアノの製造段階で使用され、電子ピアノには通常含まれないが、電子ピアノに備えて新たな共鳴音を作り、上記共鳴音用波形メモリに記憶させるような構成としても良い。
【０２７２】
以上の共鳴音演算手段５について説明したが、これによって作成された共鳴音を波形メモリに記憶した本実施例に係る電子ピアノを使用して演奏する場合の流れを、順を追って説明する。
【０２７３】
まず鍵盤２０４を押鍵すると、その鍵盤に対応した音高、押鍵速度に対応した強さ（ベロシティ）などの楽音制御情報が楽音制御手段１により作成され、楽音発生手段２に送られる。また複数の鍵盤を押鍵すると、それらに対応した複数の音高、強さなどの楽音制御情報が楽音制御手段１より楽音発生手段２へ送られる。
【０２７４】
楽音発生手段２は、その楽音情報に応じた楽音を読み出し、共鳴音混合手段４へ送出する。複数の楽音が発生した場合は、それらの楽音が加算され、共鳴音混合手段４に送られる。例えば、Ｃ_３とＧ_３の鍵盤２０４が強く操作された場合、Ｃ_３の強打に応じた楽音波形と、Ｇ_３の強打に応じた楽音波形が波形メモリから読み出され、それらを加算した波形を楽音として、共鳴音混合手段４に送出する。
【０２７５】
また楽音制御情報は、同時に共鳴音発生手段３へも送られる。共鳴音発生手段３は、操作された鍵盤の音高と操作強さに応じた共鳴音波形を共鳴音波形を記憶した波形メモリから読み出し、それらを加算して、共鳴音混合手段４へ送出する。例えば、Ｃ_３とＧ_３の鍵盤が強く操作された場合、Ｃ_３の強打に応じた共鳴音波形と、Ｇ_３の強打に応じた共鳴音波形が、上記波形メモリから読み出され、それらを加算した波形が、楽音として共鳴音混合手段４に送出される。
【０２７６】
この場合ダンパーペダル２０５が操作されていなくても、共鳴音波形の読み出しは行なわれる。
【０２７７】
このような共鳴音発生及び上記楽音発生とも、鍵盤操作の強さに応じて波形を選択せず、読み出しの時の振幅を変更しても良い。またエンベロープを変更しても良い。
【０２７８】
また共鳴音混合手段４は、乗算器M1-1で所定倍した共鳴音と、乗算器M1-2で所定倍した楽音を、加算器A1で加算し、音響出力手段へ出力する。この時M1-1の乗算係数は楽音制御情報に応じた値となっている。すなわち、楽音制御手段１はダンパーペダル２０５の踏み込み量を検知して、その操作がなされる度に、乗算器M1-1の乗算係数の値を変更する。踏み込み量が大きいほど、乗算係数は大きく、また踏み込み量が小さいほど、乗算係数は小さくなる（共鳴音の読み出しは、ダンパーペダル２０５の操作にかかわらず行なわれる。ダンパーペダル２０５の操作で変化するのは、共鳴音混合手段４の乗算器M1-1の乗算係数のみである。ダンパーペダル２０５が操作されない状態では、M1-1の乗算係数は０なので共鳴音の振幅は０となり、見かけ上共鳴音が発生していないことになる）。さらに踏み込み量が無い状態から所定の踏み込み量までは、乗算係数は０で、所定の踏み込み量を超えると、ある一定の値をとるようにしても良い。
【０２７９】
ここで、本実施例における電子ピアノの動作処理フローを説明する。ただし、メイン処理フローは図２１と、さらにペダル処理フローは図２３と基本的に同じであり、これらの説明は省略する。他方図３２に、本実施例３の電子ピアノにおける鍵盤処理フローを示す。
【０２８０】
図３２に示すように、鍵盤２０４の操作状況がスキャンされる（ステップＳ５００）。それから鍵盤２０４の操作状況に変化があるか否かがチェックされる（ステップＳ５０２）。
【０２８１】
鍵盤２０４の操作状況に変化がなければ（ステップＳ５０２；Ｎ）、鍵盤処理を終了し、メインフローのペダル処理へ移行する。他方鍵盤２０４の操作状況に変化があれば（ステップＳ５０２；Ｙ）、その変化のあった操作が押鍵か否かがチェックされる（ステップＳ５０４）。
【０２８２】
押鍵であれば（ステップＳ５０４；Ｙ）、楽音発生手段２へ楽音制御情報が書き込まれると共に、発音開始の指示が出力され（ステップＳ５０６）、さらに共鳴音発生手段３へ楽音制御情報が書き込まれると共に、発音開始の指示が出力される（ステップＳ５０８）。他方押鍵でなければ（ステップＳ５０４；Ｎ）、楽音発生手段２へ楽音制御情報が書き込まれると共に、発音停止の指示が出力され（ステップＳ５１０）、さらに共鳴音発生手段３へ楽音制御情報が書き込まれると共に、発音停止の指示が出力される（ステップＳ５１２）。
【０２８３】
最後に操作状況が変化した全ての鍵盤の処理が終了したか否かがチェックされる（ステップＳ５１４）。
【０２８４】
操作状況が変化した全ての鍵盤の処理が終了していなければ（ステップＳ５１４；Ｎ）、上記ステップＳ５０４に復帰する。他方操作状況が変化した全ての鍵盤の処理が終了していれば（ステップＳ５１４；Ｙ）、鍵盤処理が終了し、メインフローのペダル処理へ移行する。
【０２８５】
本実施例構成では、楽音制御情報を受け取った楽音発生手段２により楽音が発生せしめられていると共に、同時にその楽音制御情報を受け取った共鳴音発生手段３により共鳴音が発生せしめられる。
【０２８６】
この共鳴音に関しては、予め上記共鳴音演算手段５により、演奏の予定される楽音に対応する共鳴音波形が作成され、波形メモリに該共鳴音波形が記憶されている。該波形メモリは、その生産段階で、本電子ピアノの共鳴音波形記憶手段として、装備されることになる。従って、上記のように、楽音制御情報を受け取った共鳴音発生手段３により、楽音発生手段２による楽音発生と共に、共鳴音が発生せしめられることになる。
【０２８７】
上述のように、上記共鳴音演算手段５を、本電子ピアノに装備しておいても良い。それにより、電子ピアノ上で新たな共鳴音を作ることが可能となる。
【０２８８】
尚、本実施例構成においても、図２４で説明したように、鳴音発生手段３の出力を所定倍して、入力楽音と加算し、再度この共鳴音発生手段にフィードバックして入力する構造を共鳴音発生手段３に持つ構成としたり、図２５で説明したように、上記図２４のような構成を有すると共に、そのフィードバック経路に、共鳴発生手段３の出力を所定時間遅らせる遅延器D11-1及び共鳴音発生手段３の出力の振幅−周波数特性を変更するフィルタFlt11-1を備えるようにしても良い。
【０２８９】
尚、本発明の電子楽器は、上述の図示例では、電子ピアノを例にとって説明しているが、電子ピアノにのみ限定されるものではなく、他の楽器でも、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、同様な構成を取ることは可能である。
【産業上の利用可能性】
【０２９０】
本発明の電子楽器は、楽器を演奏した時の共鳴音を楽音の発生と同時に発音できる構成の他、楽器ではなく、特定の音響効果の得られる音響効果室などで、任意の音を発生させた際又は空気振動を起こさせて、その共鳴音を得ようとする場合にも適用できることになる。
【図面の簡単な説明】
【０２９１】
【図１】１自由度粘性減衰系モデルを示すモデル説明図である。
【図２】ＦＦＴ分析による振幅−周波数特性を示すグラフである。
【図３】Ａ_０の１倍音を示す波形図である。
【図４】Ａ_０の１倍音の近似波形を示す波形図である。
【図５】倍音を切り出す帯域幅の例を示すグラフである。
【図６】Ｃ_２、Ｃ_３、Ｃ_４の倍音をＦＦＴ分析した振幅−周波数特性を示すグラフである。
【図７】Ｃ_４、Ｅ_４、Ａ_４の倍音をＦＦＴ分析した振幅−周波数特性を示すグラフである。
【図８】Ｃ_２の楽音を、Ｃ_２、Ｃ_３、Ｇ＃_２の各１倍音共鳴回路へ入力した時の共鳴音の状態を示すグラフである。
【図９】Ｇ＃_２の楽音を、Ｃ_２、Ｃ_３、Ｇ＃_２の各１倍音共鳴回路へ入力した時の共鳴音の状態を示すグラフである。
【図１０】Ｃ_２の楽音を、Ｃ_２、Ｃ_３、Ｇ＃_２の各１倍音から数Ｈｚずらした共鳴周波数の夫々の共鳴回路へ入力した時の共鳴音の状態を示すグラフである。
【図１１】Ｇ＃_２の楽音を、Ｃ_２、Ｃ_３、Ｇ＃_２の各１倍音から数Ｈｚずらした共鳴周波数の夫々の共鳴回路へ入力した時の共鳴音の状態を示すグラフである。
【図１２】共鳴回路群_Cに、音程Ｃ_３、Ｄ＃_３、Ｇ_３の波形を入力した時の出力波形、すなわち共鳴音を示す説明図である。
【図１３】共鳴回路群_Gに、音程Ｃ_３、Ｄ＃_３、Ｇ_３の波形を入力した時の出力波形、すなわち共鳴音を示す説明図である。
【図１４】共鳴回路群_Cに、音程Ｃ_３、Ｄ＃_３、Ｇ_３の波形を入力した際、Ｃ_３波形のみ振幅を小さくした時の共鳴音を示す説明図である。
【図１５】共鳴回路群_Gに、音程Ｃ_３、Ｄ＃_３、Ｇ_３の波形を入力した際、Ｇ_３波形のみ振幅を小さくした時の共鳴音を示す説明図である。
【図１６】Ｆ_６の楽音を、Ｃ_６に含まれる倍音の共振周波数を持った複数の共鳴回路、Ｄ＃_６に含まれる倍音の共振周波数を持った複数の共鳴回路、及びＦ_６に含まれる倍音の共振周波数を持った複数の共鳴回路に入力した時の出力の合計を示すグラフである。
【図１７】Ｃ_６の共鳴回路とＤ＃_６の共鳴回路の出力レベルは１で、Ｆ_６の共鳴回路の出力レベルを０.１とした場合の出力の合計を示すグラフである。
【図１８】本発明の実施例１に係る電子ピアノのハードウェア構成を示す説明図である。
【図１９】上記電子ピアノに適用される実施例１の基本構成を示す機能ブロック図である。
【図２０】ＤＳＰによって構成される共鳴音発生手段３の機能ブロックを示した説明図である。
【図２１】本電子ピアノのメイン処理フローを示すフローチャートである。
【図２２】本実施例における鍵盤処理フローを示すフローチャートである。
【図２３】本実施例におけるペダル処理フローを示すフローチャートである。
【図２４】共鳴音発生手段にフィードバック構成を付加した場合の構成を示す説明図である。
【図２５】共鳴音発生手段にフィードバック構成、遅延回路、振幅ー周波数特性を変更するフィルタを付加した場合の構成を示す説明図である。
【図２６】実施例２における楽音発生手段２と共鳴音発生手段３の機能ブロック構成を示す説明図である。
【図２７】実施例２における共鳴音発生手段３に備えられた音名Ａに対応した共鳴回路群の構成を示す説明図である。
【図２８】２次のＩＩＲフィルタで実現される共鳴回路の構成を示す説明図である。
【図２９】実施例２における鍵盤処理フローを示すフローチャートである。
【図３０】電子ピアノに適用される実施例３の構成を示す機能ブロック図である。
【図３１】本電子ピアノの共鳴音波形記憶手段に記憶される共鳴音波形を作成する際に使用される共鳴音演算手段５を示す機能ブロック図である。
【図３２】実施例３における鍵盤処理フローを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０２９２】
１      楽音制御手段
２      楽音発生手段
３      共鳴音発生手段
４      共鳴音混合手段
５      共鳴音演算手段
２０      楽音生成手段
２００      システムバス
２０１      ＣＰＵ
２０２      ＲＯＭ
２０３      ＲＡＭ
２０４      鍵盤
２０５      ダンパーペダル
２０６      音源
２０７      ＤＳＰ
２０８      波形メモリ
２０９      音響システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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